電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在生產(chǎn)線的實(shí)施與PLC現(xiàn)場(chǎng)模擬量參數(shù)PID控制

李 瑾，王 帥

（華晨寶馬汽車有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110020）

1 控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

汽車生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的項(xiàng)目，它與普通的機(jī)械制造時(shí)不同的，它的生產(chǎn)線集成化、復(fù)雜化程度高，同時(shí)還需要與其他汽車零部件生產(chǎn)配合，協(xié)調(diào)分工，汽車的生產(chǎn)有四大流程，流程圖如圖1。

圖1 汽車制造四大流程

（1）沖壓工藝主要是對(duì)汽車鈑金的制造，將板材切割成符合設(shè)計(jì)的尺寸，在通過(guò)沖壓成型形成需要的零件。

（2）焊裝工藝主要是對(duì)汽車車身的焊接制造，形成一個(gè)初步的車身形狀，這個(gè)階段是汽車制造的主體。

（3）涂裝工藝主要是對(duì)汽車的防腐蝕和裝飾，專業(yè)性很強(qiáng)，具體流程也很復(fù)雜。

（4）總裝工藝是對(duì)汽車的組裝，包括車體、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、等、車門等，是汽車生產(chǎn)的最后階段。

對(duì)于汽車生產(chǎn)的四大車間之間的生產(chǎn)，需要網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備與辦公室以及監(jiān)控設(shè)備連接起來(lái)，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也就是對(duì)汽車生產(chǎn)的控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)有很多種，例如Interbus總線、Proibus總線、DeviceNet總線，圖2就是典型DeviceNe網(wǎng)絡(luò)。

圖2 典型的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)

Interbus總線是世界上汽車領(lǐng)域最早的總線，是一個(gè)非常適合汽車生產(chǎn)的總線，Proibus總線是一個(gè)廣泛的使用總線，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，主要是用在自動(dòng)化領(lǐng)域，DeviceNet總線是一個(gè)低成本的連接方式，將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備（可以應(yīng)用到限位開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)）構(gòu)成一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)。

2 現(xiàn)場(chǎng)電氣控制系統(tǒng)

通過(guò)汽車涂裝車間生產(chǎn)線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電氣控制系統(tǒng)詳細(xì)介紹：

（1）前處理電泳控制，這個(gè)生產(chǎn)工序是對(duì)汽車漆面和漆層的處理，主要的流程有檢查、沖洗、預(yù)脫脂、脫脂、一水洗、二水洗、表調(diào)、磷化、一凈水洗、二凈水洗、三凈水洗等等工序。

（2）噴漆控制系統(tǒng)，采用的為電噴裝置，噴漆的分為人工與自動(dòng)噴漆，工作室需要有排風(fēng)裝置。

（3）烘干控制系統(tǒng)，采用對(duì)流、輻射有機(jī)組合的烘干方式，通過(guò)這兩個(gè)的結(jié)合可以避免溫度提高的效率和熱效低的缺點(diǎn)。

以上這些系統(tǒng)都通過(guò)PLC進(jìn)行控制，通過(guò)按鈕、傳感器、模擬量對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行信息采集、通過(guò)輸入模塊到PLC的CPU模塊，對(duì)信息進(jìn)行處理，然后返回設(shè)備終端和控制室，最后對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和控制。

例如對(duì)生產(chǎn)線上的旋轉(zhuǎn)滾床的控制，滾床的動(dòng)作順序?yàn)楹蠓綕L床占位，旋轉(zhuǎn)滾床為空位，兩個(gè)同時(shí)啟動(dòng)至旋轉(zhuǎn)滾床占位時(shí)候，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)逆時(shí)針90°或者180°停機(jī)，當(dāng)前方滾床空位，本滾床和前方滾床啟動(dòng)至前方滾床占本滾床空位時(shí)停，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)順時(shí)針90°或180°停機(jī)等待下一個(gè)循環(huán)。這個(gè)控制系統(tǒng)通過(guò)4個(gè)傳感器和限位開(kāi)關(guān)以及PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)的。

3 PLC現(xiàn)場(chǎng)模擬量參數(shù)PID控制

PLC設(shè)備模擬輸入，即非隔離模擬電流/電壓輸入模塊，它的作用是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，為了是為控制器提供控制，模塊的接線方式有單端、差分和高速模擬式差分三種，同時(shí)PLC現(xiàn)場(chǎng)模擬量控制還可以實(shí)現(xiàn)過(guò)程報(bào)警、效率報(bào)警以及掉線檢測(cè)。

PID是一個(gè)經(jīng)典控制理論，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是早期的控制產(chǎn)品，這種控制方式在被控對(duì)象結(jié)構(gòu)、參數(shù)難以把握，難以得到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)候應(yīng)用最為方便，他可以根據(jù)對(duì)象的偏差，使用比例、積分等作出不同的調(diào)整，PID控制系統(tǒng)的公式如下，控制結(jié)構(gòu)如圖3。

式中：u（t）—控制器的輸出值；

e（t）—預(yù)設(shè)值和采用值的差，即偏差值；

KP—比例系數(shù)；

Tf—積分時(shí)間常數(shù)；

TD—微分時(shí)間常數(shù)。

圖3 PID控制結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

對(duì)于工業(yè)現(xiàn)代化控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)是一個(gè)基礎(chǔ)，只有好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)才能保證設(shè)備的正常通訊和控制，而汽車生產(chǎn)線中，總裝車間和噴漆車間是最復(fù)雜的，他們的PLC系統(tǒng)應(yīng)用最多，同時(shí)還包括傳感設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備、以及監(jiān)控儀表系統(tǒng)，只有將這些控制系統(tǒng)完美的結(jié)合起來(lái)，將設(shè)備實(shí)現(xiàn)高級(jí)自動(dòng)化，才能保證汽車的生產(chǎn)質(zhì)量好汽車使用壽命，對(duì)客戶的人身安全有一個(gè)保證。

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