0 引言

　　隨著汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快及個性化的需求，汽車生產(chǎn)設備要適應這種多品種、輪番生產(chǎn)的特點，對控制系統(tǒng)提出了程序可變的柔性控制要求，采用PLC的控制系統(tǒng)可以通過改編程序，在不改變硬件的條件下，便能改變生產(chǎn)工藝。特別是在汽車生產(chǎn)中起到?jīng)Q定汽車質(zhì)量和生產(chǎn)效率的焊裝生產(chǎn)線上，采用PLC控制系統(tǒng)，可以更好的滿足柔性控制要求。汽車焊裝生產(chǎn)線主要完成車身側圍、門蓋、底板及車身總成的焊接等任務；從汽車的工業(yè)發(fā)展的歷史來看，汽車焊裝生產(chǎn)線經(jīng)歷了50～60年代手工焊裝線→70年代的自動化剛性焊裝線→80年代后期的機器人柔性焊裝線等階段。

1 汽車焊裝生產(chǎn)線的基本組成

　　汽車焊裝生產(chǎn)線由于自動化程度較高，往往完成其固定的焊接工作，這就要求焊裝生產(chǎn)線具有安全、可靠、平穩(wěn)及運行速度可調(diào)等功能，這樣控制系統(tǒng)采用PLC作為控制核心設備是十分合適的。在汽車焊裝生產(chǎn)線中，由于完成的主要工作是部件焊裝，在車身焊裝過程中有兩個明顯的特點：一是具有程序性，指車身制件焊裝的先后順序；二是在焊裝過程中，需要使用專門的夾具來確定零件或合件的相對位置，并將其夾緊貼合進行焊接。因而汽車焊裝生產(chǎn)線主要是由各工序上的焊裝夾具、自動焊槍以及各工位問進行產(chǎn)品傳輸?shù)膫魉脱b置組成。

　　1.1 焊裝夾具

　　焊裝夾具是焊裝工裝的重要組成部分，是焊裝件的定位和夾緊工具。它在焊接過程中確保車身形狀、尺寸、精度符合產(chǎn)品圖樣技術要求，同時焊裝夾具的自動化程度還是影響汽車生產(chǎn)批量的關鍵因素。在生產(chǎn)過程中，焊裝夾具除了完成本工序的零件組焊、定位外，還承擔檢驗和校正上道工序焊合件的焊接質(zhì)量的任務，因此它的設計制造影響著整個焊接工藝水平、汽車生產(chǎn)能力及產(chǎn)品質(zhì)量。焊裝夾具一般由支架、夾緊元件(手動夾緊器或氣缸)、壓板及定位板組成，有的還帶有定位銷。

　　在焊裝夾具的自動控制過程中，只要氣缸動作，夾具就完成夾緊或松開動作，這樣，我們可以利用PLC的輸出點發(fā)出信號，控制電磁閥，完成夾具的夾緊與松開。

　　1.2 焊槍

　　焊槍用來完成車身各組成部件的焊接工作。其安裝方式有固定式、旋轉式、移動式或移動+旋轉式。因為車體為三維型體，焊槍一要避開與周圍車體的干涉，二要與焊點型面垂直，因而焊槍還要做三維運動，所柔性焊裝線上的焊槍大多夾持在可作空間三維運動的機器人手爪上。

　　采用電阻點焊方式的焊槍，焊接過程如下：①預壓，電極壓緊工件并加預壓力的過程；②電極通電，在工件接觸處產(chǎn)生局部電阻熱，形成溶核的焊接過程；③切斷電源，維持電極壓力，直到溶核凝固，形成焊點的壓力維持過程；④松開電極，移至新的焊點位置，開始新的焊接循環(huán)。這幾個過程相互配合，合理分配時間，確保每個過程順利完成，才能保證車體的焊接質(zhì)量。

　焊接控制器是焊槍焊接時必備的設備，它用來控制焊接過程中的焊接電流及每次焊接循環(huán)中各階段的時間分配等。一般焊接控制器包含多套焊接規(guī)范，用于不同材料的焊接。

　　在焊槍自動控制過程中，PLC輸出信號控制焊槍的加壓，并輸出信號啟動焊接控制器，由焊接控制器和焊接變壓器按焊接規(guī)范控制焊槍的焊接電流和時間分配。當焊接過程完成后，焊接控制器輸出完成信號，此信號輸入到PLC，由PLC控制焊槍的卸壓及焊槍移至新的焊點位置，進行新的焊接循環(huán)過程。

　　1.3 輸送裝置

　　輸送裝置主要由托板、托板的輸送裝置、抓取板件的機械手等機構組成，完成工位問部件的輸送任務。

2 汽車焊裝生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)設計

　　2.1 PLC控制系統(tǒng)設計步驟

　　要想完成汽車焊裝生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)設計，必須了解設計的步驟。一般來說主要包括如下幾個方面：

　　(1)首先要了解汽車焊裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝以及控制要求，有時要畫出控制系統(tǒng)的工作循環(huán)圖、流程圖、功能圖或時序圖。只有完全掌握了生產(chǎn)線的功能要求，才能有的放矢，完成PLC控制系統(tǒng)的設計。

　　(2)根據(jù)生產(chǎn)線對控制的要求，對輸入信號及輸出信號在PLC上分配一個確定的地址編號，一般要列出現(xiàn)場信號與PLC輸入輸出信號地址對照表。

　　(3)根據(jù)現(xiàn)場信號與PLC輸入輸出信號地址對照表完成PLC控制系統(tǒng)硬件設計。硬件設計主要包括電氣原理圖、電器元件位置圖與電氣安裝接線圖等。有時還要完成控制面板的設計、電氣控制柜的設計、標準件和外購件清單列寫等。

　　(4)根據(jù)控制要求設計梯形圖。梯形圖設計時，一般要加一些標注，目的是為了閱讀及調(diào)試時容易理解。這些標注要與現(xiàn)場信號與PLC輸入輸出信號地址對照表的元件注釋一致。

　　(5)如果用手持編程器進行程序輸入，要將梯形圖轉換成指令語句表。如果用便攜式圖形編程器或計算機進行編程及程序輸入，PLC編程軟件可以自動進行程序的各種形式轉換，不需人為進行梯形圖到指令語句表的轉換。

　　2.2 系統(tǒng)設計

　　現(xiàn)在以某焊接生產(chǎn)線上的一把自動焊槍為例，介紹PLC控制系統(tǒng)設計方法。

　　控制要求：此自動焊槍可以進行手動和自動控制。能夠完成2個焊點的焊接任務，焊槍在原點上升即可到達焊點1位置，要想到達焊點2位置，為了避免與車體部件干涉，需要在原點前進后再上升才能到達。焊槍要完成2個焊點的自動焊接任務動作程序為：原點自動啟動→上升→加壓→焊接1→卸壓→下降→前進→上升→加壓→焊接2→卸壓→下降一后退→原點結束。焊槍動作由氣缸驅(qū)動，前進／后退、上升／下降氣缸分別由雙線圈兩位電磁閥控制，加壓氣缸由單線圈電磁閥控制。焊槍焊接由焊接控制器控制。控制系統(tǒng)應有相應的指示與保護功能。采用松下FPl系列PLC進行控制。

　　(1)控制系統(tǒng)分析

　　現(xiàn)以焊槍自動控制為例來進行分析。

　　①輸入信號：焊槍應能手動和自動控制，用SA1選擇開關來進行轉換，1為自動，0為手動；SB1為焊槍自動啟動按鈕；SB2為急停按鈕；焊接控制器故障報警信號TC25、焊接結束信號TC23需輸入到PLC；焊槍后位行程開關SQ1、前位行程開關SQ2、下位行程開關SQ3、上位行程開關SQ4信號需輸入到PLC；氣動系統(tǒng)壓力開關SP信號需輸入到PLC。這樣共需輸入點10個。②輸出信號：焊槍需要前進／后退、上升／下降及加壓，則需要3只氣缸進行驅(qū)動，共5個電磁閥，設前進／后退電磁閥為YVlA、YVlB，上形下降電磁閥為YV2A、YV2B，加壓電磁閥為YV3；啟動焊接控制器需中間繼電器KAl；氣源故障指示燈為HLl、焊接故障報警指示燈為HL2。這樣共需輸出點8個。

　　(2)PLC輸入輸出對照表

　　為每個輸入與輸出信號安排一個地址，如表1所示。

　　(3)PLC控制系統(tǒng)硬件設計

　　根據(jù)控制系統(tǒng)的要求和對照表輸入輸出點的安排，畫出PLC輸人／輸出接線圖如圖1所示。

圖1 PLC輸入／輸出接線圖

　　(4)設計梯形圖

　　按照自動工作狀態(tài)進行程序設計。為了避免雙線圈輸出，在編程時利用輔助繼電器作為中間輸出，然后將同一動作功能的輔助繼電器觸點并聯(lián)來驅(qū)動輸出繼電器。由于焊槍在啟動自動焊接時，夾具必須全部夾緊，假設輔助繼電器R15為夾具全部夾緊信號。梯形圖如圖2所示。

圖2梯形圖

3 結束語

　　隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車生產(chǎn)廠家越來越多地采用自動化生產(chǎn)線投入汽車的生產(chǎn)之中。在汽車焊裝生產(chǎn)線的自動控制過程中，PLC作為控制核心設備已成為人們的首選。將PLC應用于汽車生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)中，使得生產(chǎn)線在需要改變生產(chǎn)工藝的情況下，只要改變PLC的控制程序即可達到控制要求，不需對硬件接線做較大的調(diào)整，減少了大量維修工作，使得設備運行更加安全可靠。 

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本文標題：基于PLC的汽車焊裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計

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