駱小媛

河源理工學校 廣東省河源市 517000

摘要：隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和“工業(yè)4.0”時代的到來，在自動化、機器人、物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展趨勢下，焊接生產(chǎn)的自動化與網(wǎng)絡化程度不斷提高，通過網(wǎng)絡連接完成焊接機器人系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和管理，對提高焊接工藝管理水平具有重要的意義。目前汽車的白車身焊接生產(chǎn)線通車采用的是精度高、速度快、柔性高的激光焊接機器人。文章以S7-200系列的PLC控制器控制的白車身生產(chǎn)線為例，對PLC控制生產(chǎn)線與焊接機器人高效率、高精度、高柔性的通訊和生產(chǎn)進行詳細的論述，為PLC在汽車焊裝生產(chǎn)線的應用和推廣提供有效的技術支撐。

關鍵詞：PLC；汽車焊接機器人；控制

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A

引言

隨著我國工業(yè)化和自動化的不斷發(fā)展，機器人以其高效率、高精度在工業(yè)生產(chǎn)中越來越受到青睞。特別是近幾年我國的汽車產(chǎn)業(yè)自動化程度不斷提高，使用機器人進行汽車噴涂不僅節(jié)省了很多人力資源，也實現(xiàn)了品質的提升。

1焊接機器人在汽車行業(yè)的應用

汽車制造行業(yè)的生產(chǎn)節(jié)拍較快，轎車的生產(chǎn)節(jié)拍一般在100秒左右。汽車制造的焊接工藝對加工過程中制件的焊接精度和速度等指標要求越來越高，焊接時產(chǎn)生的火花、飛濺及煙塵等對人體造成危害，靠人為操作已變得越來越不適合，因此，在焊接工藝過程中使用自動化技術代表的焊接機器人成為汽車制造企業(yè)、汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)的共同需求。用焊接機器人進行自動化操作代替人工操作，不僅提高了操作的穩(wěn)定性而且提高了焊接質量和生產(chǎn)效率，并且改善了操作者的生產(chǎn)環(huán)境等。汽車行業(yè)是焊接機器人的最大用戶，也是最早用戶。焊接機器人是汽車行業(yè)應用最廣泛的工業(yè)機器人。

眾所周知，汽車焊接種類多樣，焊接工藝要求高，目前自動化焊接機器人在汽車焊接生產(chǎn)中廣泛應用在底盤的點焊工藝及零部件總成焊接過程中被焊制件焊縫形狀復雜人工不易操作的焊接工位、或者是焊接過程中完成效率不高及工作的焊縫數(shù)量較少、長度較長，形狀較規(guī)矩的焊接工位。汽車生產(chǎn)制造企業(yè)依據(jù)各企業(yè)實際情況，選用適合本企業(yè)的自動化焊接生產(chǎn)形式，目前汽車行業(yè)中應用最多的是弧焊機器人和點焊機器人。

2 基于PLC的汽車焊接機器人控制研究

2.1車門焊接控制系統(tǒng)及其硬件構成

車門焊接工藝通常包括兩臺激光焊接機器人和四個焊接工位，第一個工位主要焊接玻璃導槽和防撞桿，第二個工位主要負責焊接鉸鏈加強板和內(nèi)飾加強板，第三個工位主要負責鉸鏈加強板和防撞桿，第四個工位主要負責焊接外板窗框。車門焊接工藝流程的控制系統(tǒng)主要包括PLC、操作臺、夾具、氣壓回路以及激光焊接機器人等，PLC對整個系統(tǒng)進行控制，其輸入信號是操作臺的指令和各個傳感器的信號，輸出信號則由機器人、夾具氣缸、電磁閥等來執(zhí)行，而在整個控制系統(tǒng)工作過程中，對激光焊接機器人的控制是最關鍵的。

2.2基于PLC控制系統(tǒng)的軟件設計

在基于PLC的控制系統(tǒng)中，采用的是模塊化的控制，焊接生產(chǎn)線的控制和焊接機器人的控制是相互獨立的兩個模塊，PLC通過串口通訊來協(xié)調生產(chǎn)線和焊接機器人之間的關系，程序在實際執(zhí)行中通過起始符、結束符以及BBC檢驗碼來確保通訊信息的正確性。具體程序控制流程如下：控制系統(tǒng)啟動，PLC控制焊接機器人上電復位，然后由系統(tǒng)對夾具位置、行程開關等傳感器信號進行檢測并與程序中的模塊參數(shù)進行互相比對，然后由PLC進行邏輯運算后輸出相應的指令，調整夾具的位置；夾具夾緊工件后，由PLC控制焊接機器人進行工作，即PLC發(fā)出相應的通訊指令，有機器人將指令與自身儲存器的相關指令進行比對后，選擇合適的模塊程序，完成焊接動作和調整，焊接過程中的焊接電流大小、通斷時間都是由機器人自身的控制器完成的。

2.3硬件設計

系統(tǒng)的本地端由采集終端PC和多組焊接機器人系統(tǒng)組成。通過焊接機器人系統(tǒng)中的PLC采集焊接機器人狀態(tài)、焊接電源狀態(tài)、夾具狀態(tài)、報警等焊接相關數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)的遠程端由出口路由器和服務器組成，主要負責為遠程用戶提供Web監(jiān)控服務，并為遠程管理員提供VPN服務，方便管理員對采集端以及焊接機器人系統(tǒng)進行升級與維護。

本系統(tǒng)中的服務器通過出口路由器與外界網(wǎng)絡連接，使得服務器可對外網(wǎng)用戶提供Web服務和VPN服務。本系統(tǒng)使用一臺性能較高的PC機作為服務器，搭載Web服務與VPN服務。服務器配有兩張網(wǎng)卡EO和E1，如圖1所示。EO通過出口路由器連接至互聯(lián)網(wǎng)，遠程用戶通過該網(wǎng)口訪問服務器提供的Web服務和VPN服務。E1連接至內(nèi)部局域網(wǎng)絡，與采集端進行通訊，獲取采集端上傳的焊接機器人系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)。

程普通用戶使用瀏覽器通過互聯(lián)網(wǎng)即可訪問遠程端的Web監(jiān)控服務。管理員除了獲得Web監(jiān)控服務外，還可以通過VPN客戶端接入本地端的內(nèi)部局域網(wǎng)，對采集端和焊接機器人系統(tǒng)進行遠程配置和維護。

2.4機器人自動化集成技術

生產(chǎn)線設計我們解兩個層面，我們要設計自動化生產(chǎn)線，首先要對企業(yè)，加工產(chǎn)品的工藝流程，要非常的熟悉。這是第一個層面。就把已有的工藝流程，進行自動化的升級，但是光有這個還不夠。我們應根據(jù)機器人卓越的特點，對它的工藝流程進行重組和再造。我覺得后面這個意義更大。根據(jù)機器人的特點重新考慮它的工藝流程。這樣就是涉及到工藝流程的設計。包括生產(chǎn)線的設計，生產(chǎn)線集成。這個時候我們對它關鍵工藝，機器人技術加智能化技術進行系統(tǒng)集成。關鍵的工藝現(xiàn)在機器人運用，結合機械制造，主要在焊接運用比較多。沖壓方面也有，機械加工，裝配工藝這些都用得比較多。這個我們涉及到一系列機器人運用的技術，把工藝流程進行升級，能夠再造出更優(yōu)化的工藝。閥門這里也采用了PLC、工控機等主控機一起來做集成應用。

3噴涂機器人系統(tǒng)的組成及功能介紹

噴涂機器人實際上是一種通過程序發(fā)出指令，控制柜啟動關閉相應閥門實現(xiàn)噴涂的機械手臂。一般的機器人系統(tǒng)包括以下4個部分：①機械機構部分。②控制系統(tǒng)部分。主要控制驅動系統(tǒng)的動作時間，包括示教再現(xiàn)、信息存儲和I/O模塊。③驅動系統(tǒng)部分。液壓的、啟動的、電氣的驅動系統(tǒng)。④噴涂執(zhí)行部分。

受到汽車廠涂裝車間布局的影響，我們必須先確定涂裝機器人的分布位置，通過合理的定位固定基礎底座，這是機器人物理位置的原點。機器人本體是類似手臂通過6或7個連接軸實現(xiàn)軌跡移動的，每一段連續(xù)運動軌跡的集合就是車體噴涂所需要的覆蓋面積。PLC程序系統(tǒng)是整個噴涂機器人系統(tǒng)的“大腦”，它通過各種控制實現(xiàn)整個環(huán)境的運行邏輯，每一步的動作都是設計的主體，相關聯(lián)的各個條件都有非常強的邏輯關系。當PLC發(fā)出指令后，它會調用管理模塊中的各種數(shù)據(jù)，在已經(jīng)寫定的機器人動作前，數(shù)據(jù)會傳送給機器人，實現(xiàn)我們所需要的數(shù)值。通信系統(tǒng)實現(xiàn)了每一個模塊與“大腦”的數(shù)據(jù)交換和反饋。如果出現(xiàn)危險或不完善的動作，通信系統(tǒng)就會反饋給“大腦”，發(fā)出報警提示。

涂料管路系統(tǒng)就像我們?nèi)梭w的血管，貫穿在機器人的身體內(nèi)部，它是涂料運輸?shù)妮d體。通過涂料系統(tǒng)能實現(xiàn)涂料的流通?？諝夤苈废到y(tǒng)不僅能將涂料從涂料儲存罐內(nèi)打壓到管路中，還能實現(xiàn)機器人在動作時候各種閥門的關閉動作，這樣可在涂料時開啟閥門，不需要涂料時關閉閥門，從而自由支配所需涂料的時間。

結束語

汽車焊接機器人是汽車生產(chǎn)線中常用的一種焊接設備，其控制系統(tǒng)的好壞至關重要。文章對汽車焊裝生產(chǎn)線的自動焊接控制進行了具體的分析和研究，為汽車生產(chǎn)線中焊接機器人的使用和推廣提供了有效的借鑒。

參考文獻：

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