淺談電氣自動化在汽車制造車間的應用

宋孚財

摘要：隨著社會不斷進步，居民生活水平持續提高，汽車已經成為現代生活中不可缺少的一部分，同時也給人們的日常生產生活帶來極大便利。二十一世紀以來，電氣自動化技術已經取得了一定的發展成就，涉及眾多行業領域。隨著創新思維不斷提升，汽車制造行業生產效率大幅度提高。在汽車生產制造中，以焊裝車間為例，PLC以及機器人控制技術是比較常見的自動化控制技術，本文著重分析了電氣自動化控制技術的實際應用，進一步探析電氣自動化技術的優勢及前景。

關鍵詞：自動化;現場總線技術;射頻識別;人機界面

1自動化生產線的主力軍

1.1PLC

我們所說的PLC，是指以計算機技術為基礎，專門應用于工業控制的處理器，也叫做可編程控制器。它采用可以編制程序的存儲器，在內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作，通過數字量和模擬量的輸入、輸出信號實現與現場設備信號互通，控制工業現場的各種設備完成任務。目前，PLC廣泛應用于鋼鐵、石化、電力、機械制造、汽車、交通運輸等各個行業的自動化控制系統。中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞，它按照PLC系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據，檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算，將結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。

1.2現場總線技術

現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備/儀表與控制室內自動控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點、雙向通信的數據總線。其中，生產過程包括斷續生產過程和連續生產過程兩類。或者，現場總線是以單個分散的數字化、智能化的控制設備作為網絡節點，用總線相連接，實現相互交換信息，共同完成自動控制功能的網絡系統與控制系統。

總線有自動診斷、顯示故障位置的優勢。診斷包括總線節點的通訊故障、電源故障，以及現場裝置和連接件的斷路、短路故障，從而迅速發現系統的各種故障位置和狀態。可以根據需要，將系統分為幾個部分分別進行調試，在進行復雜故障的排除中也可以采用同樣的方法。這在采用現場總線技術以前是做不到的。系統性能大幅度的提高，使控制系統的檔次跨越了一個臺階，系統設計，調試，擴展變得更加靈活方便。

采用數字信號通訊，有效提高系統的測量和控制精度。主控器可以獲取更多的設備信息，更好的滿足控制系統信息集成的要求，數據傳輸可靠，數據響應快速，而且具有強大的抗干擾能力。

1.3射頻自動識別技術

焊裝車間使用最多的識別技術是RFID技術（射頻識別），RFID技術是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而且識別系統與特定目標之間不需要建立機械或者光學接觸。無線電的信號是通過無線電頻率的電磁場，與標簽進行數據互換，以自動辨識與追蹤該物品，標簽包含了電子存儲的信息，有效范圍之內都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內。將標簽附著在一輛正在生產的汽車，工作人員便可以追蹤此車在生產線上的進度，以及此車配置等相關信息。

1.4工業機器人

焊裝車間生產線常用機器人本體有六個軸，即伺服馬達數量，機器人在帶伺服焊槍時，焊槍本身還會有一個伺服馬達，這個伺服馬達就叫做機器人的第七軸。機器人本體的六個軸統稱為機器人組一，焊槍的伺服電機就是機器人的組二。機器人與PLC之間通過以太網通訊信號，在總線技術的支持下，實現PLC精確控制機器人的每一步動作軌跡，共同完成符合工藝要求的任務。

2生產線自動化大家庭相關成員

2.1人機界面HMI

HMI包括觸摸面板、CPU、通訊模塊三部分。HMI人機界面可以用來監控工位的工作狀態、每一步工裝夾頭的打開與關閉裝態，也能夠顯示有關報警的信息。通過HMI可以使工裝切換手動和自動模式，手動模式可以手動操作各組夾頭的打開與關閉，自動模式可以通過按下運行按鈕自動運行工裝。通過復位按鈕在斷電開機和急停后復位主繼電器，同時可以清除各種相關報警。緊急狀態下按下急停開關，可以使設備緊急停止。

2.2閥島閥組

電磁閥島一般有通訊模塊、電源模塊、電磁閥、電磁閥線圈及閥缸組成。通訊模塊和電磁線圈的電源獨立。PLC的驅動信號通過通訊模塊輸出給各個電磁閥線圈，使相應的電磁閥打開與關閉，通過壓縮空氣流動驅動氣動元件的動作。

2.3動力傳遞系統

眾多設備運轉，離不開電動機提供動力，在焊裝車間生產線上，三相異步電動機是動力輸出的核心部件。電動機旋轉的先決條件是具有一個旋轉磁場，電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，定子中的三個繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當在定子繞組中通入三相電源時，定子繞組就會產生一個旋轉磁場。 定子繞組產生旋轉磁場后，轉子導條（鼠籠條）將切割旋轉磁場的磁力線而產生感應電流，轉子導條中的電流又與旋轉磁場相互作用產生電磁力，驅動轉子沿旋轉磁場方向旋轉起來。

3安全裝置

生產線的穩定運行，離不開安全設施的保駕護航。安全光柵、安全墊、安全護欄、急停開關，都是不可缺少的安全設施。

3.1安全光柵

安全光柵的工作原理與安全墊的工作原理相類似，當發射光柵與接收光柵之間有遮擋物時，工位停止工作，設備停止運行，當遮擋物移開，發射與接收之間無遮擋物時，按一下光柵復位按鈕，工位才能重新正常工作。

保護設備的有效性必須每天由安全專員或者有授權的工作人員進行檢查。檢查時應使用合適的測試棒沿著整個危險區域進行檢查。測試棒應為非透光物體。測試棒的尺寸應根據光幕的分辨率進行選擇，需要注意的是，光柵的有效分辨率可通過軟件設置，當測試棒進入危險區域后，只有紅燈應該是一直亮的。測試過程中如果綠燈或者黃燈亮起，測試必須停止，進行檢查。?測試開始前，即測試棒進入危險區域前，要保證綠燈是亮的。這里要注意，如果互鎖被激活，黃燈閃爍的話，要先將光柵復位，然后看到綠燈亮之后再繼續測試。

3.2急停開關

對于由PLC控制的工裝，一般在HMI人機界面、安全門鎖控制箱和RUNBAR上都有E-STOP急停開關，只要按下其中任何一個急停開關，急停連鎖信號觸發，運動中的工裝會立刻停止運行。恢復急停時首先拔出按下的急停開關，然后在HMI人機界面上按下復位按鈕，急停信號方可消除，設備才可以繼續進行其他操作。

4結語

汽車制造行業在我國經濟發展中發揮著越來越重要的作用，各種新型技術在汽車制造中也有著較大的發展空間，可以大大提升汽車制造的智能化水平。我國致力于研究人工智能，相對應的自動化技術也同樣被重視，電氣自動化技術已經實現了各個學科相結合的發展目標，在各個領域中都充分展現了電氣自動化技術的生命力。

參考文獻：[1]毛聰聰.電氣自動化在汽車生產領域的應用探究[J].時代汽車，2018（5）：38-39.

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