基于PLC的汽車焊裝線控制系統設計

呂志海 田全榮 王文雅

摘要：關于焊裝作業流程的控制機構展開設計，選取美國Allen Bradley公司1756 L73S安全CPU為調控樞紐，組成了依托于Devicenet網的現場總裝的分布型I/O管控體系，利用激光噴射器及安全光簾作為問題區域的隔離防護，且構置了系統周全的人機操控平面，促進各設備間的訊息安全傳輸、保障作業人員安全，經操作檢驗，可達到焊裝作業要求。

關鍵詞：Devicenet網；焊裝作業；調控機構

PLC模式融合了自動式程序控制、網絡通訊技術等多項內容，目前已普及運用于工業操作之中。PLC技術運用于汽車產品加工作業流程中，廢除了過去的繼電裝置控制方式，促使控制方法更為機動靈活，軟件制作更快捷高效，可在確保安全作業的條件下最大限度地增強作業功效。

1 前期準備工作

1.1 電氣部件的選取

電氣部件的選擇結果是：

1）CPU選取美國Allen Bradley公司1756 L73S系列；

2）交換設備選取美國思科公司系列產品；

3）I/O數字模塊選取圖爾克公司產品系列；

4）觸摸操控顯示屏選取Allen Bradley公司定作屏類型；

5）安全調控部件涵蓋急停、激光噴射裝置、安全隔離光幕等項目和內容；

6）安全控制門盒選取西門子公司的定制供貨；

7）操作室箱柜體選用威圖牌標準型箱柜。

1.2 設備平面布局圖和工藝程序編制

焊裝線控制系統平面布局見圖1。工位1、2、3是屬于人力裝件工位；工位4是屬于拼合式工位；工位5是點焊操作工位；工位6、7是屬于固定性焊制工位；工位8是人力性卸件工位。

圖1 平面分布示意圖

R1、R2是所設置的抓控智能機器人；R3是選用的雙抓控智能機器人；R4、R5、R6、R7是點焊操控式機器人；R8、R9、R10是抓控式攜帶固定型焊機的智能操控機器人。

箭頭所指方向是工件流動作業方向，工位1、2、3是屬于人力式裝件工位，R1、R2、R3三個智能機器人各自由制定工位進行抓件并放置于工位4進而展開拼合作業，此拼合工序完成后再由 R3機器人把加工工件抓起并放置于工位5，R4、R5、R6是4架點焊操作機器人，待焊接工序完成之后再由R8機器人把加工工件抓起并放置于工位6處，爾后R9智能操控機器人抓起工件并展開固定焊制作業，焊接工序完畢后將其放置于工位7位置，此時R10智能機器人再抓起工件展開固定焊制作業，焊制工作結束之后放置于工位8位置。

1.3 安全操控程序

人力裝件工位安全操作程序見圖2，以人力裝料口為實例進行說明。在人力裝件一側依托安全隔離光幕及激光噴射器二者彼此配合的操作模式實施人身的安全保護，在每個工位與對應的職能機器人之間用激光噴射儀來驗證操控機器人是否安全。若有工人正在工位1處，此時機器人在操控程序上不容許伸入工位1展開抓件作業，防止出現不當操作或程序錯誤等而引發機器人朝工位1移動的態勢，進而嚴密防護操作安全。

注：直線為激光掃描器和安全光幕的掃描范圍

圖2 人工裝件工位安全程序

2 系統硬件設計

2.1 硬件結構設計

系統中的硬件結構涵蓋PLC操控箱1套，內部含有CPU、交換箱、直流型供電源、輸進輸出程序模塊、切換器以及接線頭。操控電源箱1套，作為設備運行所需的380 V、220V交流式供電源；焊接用電源控制柜1臺，供給操控機器人焊鉗作業所需的380V工作電源。

2.2 軟件地址布局

此焊裝項目的程序地址布局具有固定式的基準。PLC操控箱、電源操控箱、焊裝電源箱內部的輸進輸出程序模塊地址布局在0～50區間內；對接柜以及接觸門盒內的I/O由50開始按序往后排布；操控夾具上閥島的程序地址區間是513～896；智能機器人程序地址區間是由1024往后，各臺占用45字節。

2.3 硬件設備圖紙編制

硬件設備圖紙選取EPLAN P8 2.0SP1模式展開設計，圖紙內容涵蓋平面布局圖、網絡對接圖、地址序列表、全套設備的電源配置圖以及職能機器人接線圖等。

3 軟件程序設計

3.1 硬件組態設計

當技術人員設計好工藝流程與硬件圖紙后，方可開展軟件設計工作，其中，硬件組態編寫是其首要環節。本項目的網絡為Devicenet網絡結構，在完成GSD文件的安裝后，需就有關元件分配IP地址與命名網絡名稱。其次科學設定模塊參數，涉及安全密碼、輸入輸出地址、通道以及安全模塊撥碼等。

3.2 符號表

符號表包含了諸多的輸入輸出點、FB/FC功能塊、中間變量等信號，所有信號必須具備清晰的注釋。

4 結語

文章基于焊裝生產線電氣控制系統的研究，完成了PLC汽車焊裝線控制系統的前期規劃、硬件設計與軟件設計等關鍵性環節。Devicenet網絡結構可有效解決不同工業環境中不同等級的實時性，維護網絡安全，而硬件選型保障了線體的穩定性和可靠性。

參考文獻：

[1]袁占江.汽車焊裝柔性生產線控制系統的設計[J].產業與科技論壇，2015（11）.

[2]任立芳.淺析汽車焊裝生產線踏臺設計標準[J].時代汽車，2017（08）.