戴子臣

[摘? ? 要]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車焊裝生產(chǎn)線也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。尤其是自PLC技術(shù)的應(yīng)用以來，汽車焊裝生產(chǎn)線自動(dòng)化控制效果更是得到了全面提升。而在具體的生產(chǎn)線自動(dòng)化控制過程中，以PLC為基礎(chǔ)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為實(shí)現(xiàn)汽車焊裝生產(chǎn)線的良好控制，滿足汽車制造中的實(shí)際焊接需求，文章以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，為該系統(tǒng)的良好設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供參考。

[關(guān)鍵詞]汽車制造;汽車焊裝;焊裝生產(chǎn)線;PLC控制系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[中圖分類號]U468.22 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–00–02

Design Strategy of Automobile Welding Production Line Control System based on PLC

Dai Zi-chen

[Abstract]With the continuous development of science and technology， the automobile welding production line has also realized automatic control. Especially since the application of PLC technology， the automatic control effect of automobile welding production line has been comprehensively improved. In the specific production line automation control process， the automation control system based on PLC plays a vital role. In order to realize the good control of automobile welding production line and meet the actual welding needs in automobile manufacturing， this paper analyzes the design of control system based on PLC. It is hoped that this analysis can provide a reference for the good design and application of the system.

[Keywords]automobile manufacturing; automobile welding; welding production line; PLC control system; system design

1 PLC概述

PLC控制器具有強(qiáng)大的微處理、數(shù)字運(yùn)算以及自動(dòng)化控制功能，不僅可以對相應(yīng)的控制指令進(jìn)行儲存，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)控制指令的執(zhí)行。其主要的組成部分包括CPU、電源、輸入/輸出接口、數(shù)據(jù)內(nèi)存、指令內(nèi)存和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等，在早期，PLC僅可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制，所以當(dāng)時(shí)的PLC叫作邏輯控制器;而隨著此項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能也實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步擴(kuò)充。目前PLC的主要功能包括多級通信、模擬控制、時(shí)序控制以及邏輯控制等，而其名字也改為了現(xiàn)在的可編程邏輯控制器。

2 汽車焊裝生產(chǎn)線中的主要裝置

2.1 焊裝夾具

在汽車焊裝生產(chǎn)線中，焊裝夾具是最重要的一個(gè)工裝組成部分，其主要作用是對焊裝件進(jìn)行定位，并將其夾緊，以此保障車身形狀、尺寸及其精度與具體設(shè)計(jì)要求相符。同時(shí)，在具體的汽車焊裝過程中，焊接夾具所具有的自動(dòng)化程度將會(huì)對汽車的批量生產(chǎn)起到關(guān)鍵的影響作用。生產(chǎn)中，焊裝夾具不僅可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)工序中的零件阻焊及其定位，同時(shí)也可以對上一道工序中的零件焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)和校正。因此，焊裝夾具的設(shè)計(jì)與制造效果將會(huì)對整體汽車焊裝生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)能力產(chǎn)生直接影響。

焊裝夾具的主要組成部分包括定位板、壓板、支架以及氣缸或手動(dòng)形式的夾緊元件，一些焊裝夾具中也設(shè)置了定位銷。具體的自動(dòng)化控制中，在氣缸動(dòng)作的情況下，焊裝夾具便可實(shí)現(xiàn)夾緊或者是松開操作?；诖?，可借助于PLC中的輸出點(diǎn)將信號發(fā)出，以此實(shí)現(xiàn)電磁閥的自動(dòng)化控制，完成焊裝夾具的夾緊和松開動(dòng)作。

2.2 焊槍

焊槍的主要作用是對汽車中的各部件組分進(jìn)行焊接。焊槍的安裝方式有很多種，常見的方式有移動(dòng)式、旋轉(zhuǎn)式、固定式、移動(dòng)加旋轉(zhuǎn)式安裝等。因?yàn)槠囓嚿韺儆谝粋€(gè)三維形體，所以在焊接過程中，一定要避免焊槍對周圍車體產(chǎn)生干涉，且應(yīng)該和焊點(diǎn)平面之間保持垂直。因此，焊槍在焊接中也需要進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)。在柔性焊裝生產(chǎn)線上，焊槍可通過三維運(yùn)動(dòng)機(jī)器人上的手來夾持。而在通過焊槍進(jìn)行汽車部件焊接的過程中，一項(xiàng)不可或缺的設(shè)備就是焊接控制器，它的主要作用是在具體焊接中對焊接電流以及每一次焊接循環(huán)中的焊接時(shí)間分配等進(jìn)行控制。通常焊接控制器中都涵蓋了很多套規(guī)范，不同規(guī)范適合不同材料條件下的焊接控制。

在對焊槍進(jìn)行自動(dòng)化控制時(shí)，PLC中的輸出信號主要對其進(jìn)行加壓控制，并實(shí)現(xiàn)焊接控制器的自動(dòng)化啟動(dòng)，然后再借助于焊接控制器以及焊接變壓器來進(jìn)行焊槍控制，使其按照相應(yīng)的規(guī)范實(shí)現(xiàn)焊接電流與焊接時(shí)間的合理分配。在完成了焊接之后，焊接控制器便會(huì)將完成信號輸出，在PLC接收到了這個(gè)完成信號之后，便會(huì)對焊槍進(jìn)行卸壓控制，并使焊槍移動(dòng)到新的焊接點(diǎn)處，循環(huán)新一個(gè)焊接過程。

2.3 輸送裝置

在汽車焊裝生產(chǎn)線中，輸送裝置也是一項(xiàng)必不可少的裝置，該裝置主要的作用是在各工位之間進(jìn)行汽車部件的輸送。其主要的組成部分包括托板、輸送托板的裝置、機(jī)械手等。在通過PLC對輸送裝置進(jìn)行自動(dòng)化控制的過程中，可使其機(jī)械手將相應(yīng)的汽車部件抓取到托板上，再通過輸送托板的裝置將其運(yùn)輸?shù)街付ǖ墓の簧希源藢?shí)現(xiàn)各個(gè)工位上汽車部件的自動(dòng)化運(yùn)輸。

3 以PLC為基礎(chǔ)的汽車焊裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1 主要設(shè)計(jì)步驟

在以PLC為基礎(chǔ)的汽車焊裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其主要的設(shè)計(jì)步驟包括以下幾個(gè)方面：①需要對汽車焊裝生產(chǎn)線上的所有生產(chǎn)工藝和控制要求做到全面了解，必要的情況下需要畫出這個(gè)控制系統(tǒng)中的各項(xiàng)工作循環(huán)圖、功能圖、時(shí)序圖以及流程圖等，以此實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)線中所有功能的全面掌握，讓PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)線工作實(shí)際相符。②按照生產(chǎn)線作業(yè)過程中的實(shí)際控制需求，在PLC上為輸入和輸出信號進(jìn)行地址編號的分配。具體分配中，通常需要將現(xiàn)場信號和PLC輸入與輸出信號地址之間的對照表列出。③按照上述的對照表來設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)中的硬件部分，在該系統(tǒng)中主要的硬件設(shè)計(jì)包括電氣安裝接線圖設(shè)計(jì)、電器元件位置圖設(shè)計(jì)以及電氣原理圖設(shè)計(jì)等。有時(shí)也需要對控制面板以及電氣控制柜進(jìn)行設(shè)計(jì)，并列寫好標(biāo)準(zhǔn)件以及外購件的清單。④按照具體的控制要求進(jìn)行梯形圖的設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)中，通常需要做好相應(yīng)的標(biāo)注，以此來為后續(xù)的閱讀與調(diào)試提供足夠便利。添加的標(biāo)注應(yīng)該和上述對照表中的元件標(biāo)注保持一致。⑤做好程序輸入，在此過程中，如果應(yīng)用的是手持形式的編程器，則需要對上述梯形圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為一個(gè)指令語句表;如果應(yīng)用的是計(jì)算機(jī)或者是圖形編程專用的便攜式編程器，則可以直接借助于PLC中的編程軟件來實(shí)現(xiàn)各種形式的自動(dòng)化轉(zhuǎn)換，無須通過人為的方式對梯形圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.2 主要控制要求

本次所研究的是某汽車焊裝生產(chǎn)線中的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，因該系統(tǒng)的主要任務(wù)是焊接，所以在此主要對其自動(dòng)化焊槍的控制進(jìn)行分析。這個(gè)焊槍有兩種控制模式，分別是手動(dòng)控制與自動(dòng)化控制。它可以對兩個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行焊接，當(dāng)焊槍在原點(diǎn)位置上升的情況下，便可到達(dá)第一個(gè)焊點(diǎn)，而要想到達(dá)第二個(gè)焊點(diǎn)，且不和車體中的部件產(chǎn)生干涉，則需要先將原點(diǎn)向前移動(dòng)，然后再將焊槍上升，這樣便可到達(dá)第二個(gè)焊點(diǎn)。在這一自動(dòng)化焊接的過程中，焊槍的主要?jiǎng)幼髁鞒贪ㄒ韵拢涸谠c(diǎn)位置自動(dòng)啟動(dòng)、上升、加壓、對1號焊點(diǎn)進(jìn)行焊接、卸壓、下降、向前移動(dòng)、上升、加壓、對2號焊點(diǎn)進(jìn)行焊接、卸壓、下降、向后移動(dòng)，一直移動(dòng)到原點(diǎn)為止。整個(gè)焊接過程中，焊槍都是通過氣缸來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而其上升、下降、向前移動(dòng)以及向后移動(dòng)則都是借助于兩位雙線圈電磁閥來進(jìn)行控制。

3.3 輸入與輸出信號設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)上述的焊裝目標(biāo)，在本次所研究的汽車焊裝生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，其PLC選擇的是西門子公司所研發(fā)的S7-300型PLC。在通過該系統(tǒng)進(jìn)行焊槍控制的過程中，需要對其輸入信號以及輸出信號加以合理設(shè)計(jì)。

輸入信號設(shè)計(jì)：在該自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，PLC的輸入信號點(diǎn)共有10個(gè)。具體控制中，手動(dòng)與自動(dòng)控制模式的轉(zhuǎn)換主要借助選擇開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，開關(guān)上的0代表手動(dòng)模式，1代表自動(dòng)模式。同時(shí)也對焊槍進(jìn)行了自動(dòng)啟動(dòng)以及急停按鈕的設(shè)計(jì)。除此之外，設(shè)計(jì)者也對其焊接結(jié)束和故障報(bào)警信號、焊槍上位行程、下位行程、前位行程、后位行程以及壓力開關(guān)進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，以此來實(shí)現(xiàn)焊槍操作全過程的自動(dòng)化控制。

輸出信號設(shè)計(jì)：在該自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，PLC輸出信號點(diǎn)共有8個(gè)。在焊接之前，其主要的自動(dòng)化控制步驟包括后退控制、上升與下降控制以及加壓控制，這些控制需借助3個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)才可實(shí)現(xiàn)，而這3個(gè)氣缸中共需要進(jìn)行5個(gè)自動(dòng)化控制電磁閥的設(shè)計(jì)，包括焊槍的上升、下降、前進(jìn)、后退以及加壓電磁閥。同時(shí)也需要對焊接繼電器的啟動(dòng)、氣源故障指示燈以及焊接過程中的故障報(bào)警指示燈進(jìn)行輸出信號設(shè)計(jì)，以此確保整個(gè)焊接過程的安全穩(wěn)定進(jìn)行。

3.4 輸入與輸出對照表設(shè)計(jì)

在該自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)中，需要給每一個(gè)輸入信號和輸出信號都安排一個(gè)確定的地址，這樣才可以有效確保PLC的自動(dòng)化控制效果。以下是該系統(tǒng)自動(dòng)化控制中的焊槍PLC輸入信號及其地址對照表（表1）與輸出信號及其地址對照表（表2）

3.5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在對該自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際控制要求與選擇的硬件設(shè)施，嚴(yán)格按照PLC輸入與輸出點(diǎn)的對照表來進(jìn)行硬件設(shè)備設(shè)施的合理安排。這樣才可以有效確保該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)效果，使其在汽車焊裝過程中發(fā)揮出良好的自動(dòng)化控制作用，以此實(shí)現(xiàn)汽車焊裝作業(yè)的自動(dòng)化，顯著提升焊裝效率與質(zhì)量。

4 結(jié)束語

在汽車焊裝過程中，焊裝生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制是確保焊接質(zhì)量、提升焊接效率的關(guān)鍵。而在其自動(dòng)化控制過程中，PLC所起到的作用至關(guān)重要?；诖?，在具體的汽車生產(chǎn)制造過程中，制造企業(yè)與相關(guān)的技術(shù)人員一定要加強(qiáng)PLC技術(shù)的應(yīng)用研究，根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)際需求，將PLC合理應(yīng)用到焊裝生產(chǎn)線中，并對其自動(dòng)化控制系統(tǒng)加以合理設(shè)計(jì)。通過這樣的方式，才可以讓汽車焊裝生產(chǎn)線得到良好的自動(dòng)化控制，充分滿足當(dāng)今汽車焊裝作業(yè)的實(shí)際需求，促進(jìn)汽車制造行業(yè)的自動(dòng)化與智能化發(fā)展。

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