0 引言

　　隨著汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快及個(gè)性化的需求，汽車生產(chǎn)設(shè)備要適應(yīng)這種多品種、輪番生產(chǎn)的特點(diǎn)，對(duì)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(cè)圍、門蓋、底板及車身總成的焊接等任務(wù)；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(dòng)化剛性焊裝線80年代后期的機(jī)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(dòng)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(yùn)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(shè)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(gè)明顯的特點(diǎn)：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(duì)位置，并將其夾緊貼合進(jìn)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(dòng)焊槍以及各工位問進(jìn)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(shù)要求，同時(shí)焊裝夾具的自動(dòng)化程度還是影響汽車生產(chǎn)批量的關(guān)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(dān)檢驗(yàn)和校正上道工序焊合件的焊接質(zhì)量的任務(wù)，因此它的設(shè)計(jì)制造影響著整個(gè)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(dòng)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(dòng)控制過程中，只要?dú)飧讋?dòng)作，夾具就完成夾緊或松開動(dòng)作，這樣，我們可以利用PLC的輸出點(diǎn)發(fā)出信號(hào)，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(zhuǎn)式、移動(dòng)式或移動(dòng)+旋轉(zhuǎn)式。因?yàn)檐圀w為三維型體，焊槍一要避開與周圍車體的干涉，二要與焊點(diǎn)型面垂直，因而焊槍還要做三維運(yùn)動(dòng)，所柔性焊裝線上的焊槍大多夾持在可作空間三維運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人手爪上。

　　采用電阻點(diǎn)焊方式的焊槍，焊接過程如下：①預(yù)壓，電極壓緊工件并加預(yù)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(diǎn)的壓力維持過程；④松開電極，移至新的焊點(diǎn)位置，開始新的焊接循環(huán)。這幾個(gè)過程相互配合，合理分配時(shí)間，確保每個(gè)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(shí)必備的設(shè)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(shí)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(dòng)控制過程中，PLC輸出信號(hào)控制焊槍的加壓，并輸出信號(hào)啟動(dòng)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(shí)間分配。當(dāng)焊接過程完成后，焊接控制器輸出完成信號(hào)，此信號(hào)輸入到PLC，由PLC控制焊槍的卸壓及焊槍移至新的焊點(diǎn)位置，進(jìn)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(jī)械手等機(jī)構(gòu)組成，完成工位問部件的輸送任務(wù)。

2 汽車焊裝生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

　　要想完成汽車焊裝生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，必須了解設(shè)計(jì)的步驟。一般來說主要包括如下幾個(gè)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(shí)要畫出控制系統(tǒng)的工作循環(huán)圖、流程圖、功能圖或時(shí)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(shè)計(jì)。

　　(2)根據(jù)生產(chǎn)線對(duì)控制的要求，對(duì)輸入信號(hào)及輸出信號(hào)在PLC上分配一個(gè)確定的地址編號(hào)，一般要列出現(xiàn)場信號(hào)與PLC輸入輸出信號(hào)地址對(duì)照表。

　　(3)根據(jù)現(xiàn)場信號(hào)與PLC輸入輸出信號(hào)地址對(duì)照表完成PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)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(shí)還要完成控制面板的設(shè)計(jì)、電氣控制柜的設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件和外購件清單列寫等。

　　(4)根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)梯形圖。梯形圖設(shè)計(jì)時(shí)，一般要加一些標(biāo)注，目的是為了閱讀及調(diào)試時(shí)容易理解。這些標(biāo)注要與現(xiàn)場信號(hào)與PLC輸入輸出信號(hào)地址對(duì)照表的元件注釋一致。

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

　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　現(xiàn)在以某焊接生產(chǎn)線上的一把自動(dòng)焊槍為例，介紹PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

　　控制要求：此自動(dòng)焊槍可以進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)控制。能夠完成2個(gè)焊點(diǎn)的焊接任務(wù)，焊槍在原點(diǎn)上升即可到達(dá)焊點(diǎn)1位置，要想到達(dá)焊點(diǎn)2位置，為了避免與車體部件干涉，需要在原點(diǎn)前進(jìn)后再上升才能到達(dá)。焊槍要完成2個(gè)焊點(diǎn)的自動(dòng)焊接任務(wù)動(dòng)作程序?yàn)椋涸c(diǎn)自動(dòng)啟動(dòng)上升加壓焊接1卸壓下降前進(jìn)上升加壓焊接2卸壓下降一后退原點(diǎn)結(jié)束。焊槍動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，前進(jìn)／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?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)有相應(yīng)的指示與保護(hù)功能。采用松下FPl系列PLC進(jìn)行控制。

　　(1)控制系統(tǒng)分析

　　現(xiàn)以焊槍自動(dòng)控制為例來進(jìn)行分析。

　?、佥斎胄盘?hào)：焊槍應(yīng)能手動(dòng)和自動(dòng)控制，用SA1選擇開關(guān)來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，1為自動(dòng)，0為手動(dòng)；SB1為焊槍自動(dòng)啟動(dòng)按鈕；SB2為急停按鈕；焊接控制器故障報(bào)警信號(hào)TC25、焊接結(jié)束信號(hào)TC23需輸入到PLC；焊槍后位行程開關(guān)SQ1、前位行程開關(guān)SQ2、下位行程開關(guān)SQ3、上位行程開關(guān)SQ4信號(hào)需輸入到PLC；氣動(dòng)系統(tǒng)壓力開關(guān)SP信號(hào)需輸入到PLC。這樣共需輸入點(diǎn)10個(gè)。②輸出信號(hào)：焊槍需要前進(jìn)／后退、上升／下降及加壓，則需要3只氣缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，共5個(gè)電磁閥，設(shè)前進(jìn)／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(dòng)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(bào)警指示燈為HL2。這樣共需輸出點(diǎn)8個(gè)。

　　(2)PLC輸入輸出

　　為每個(gè)輸入與輸出信號(hào)安排一個(gè)地址

　　(3)PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　根據(jù)控制系統(tǒng)的要求和對(duì)照表輸入輸出點(diǎn)的安排，畫出PLC輸人／輸出接線。

　　(4)設(shè)計(jì)梯形圖

　　按照自動(dòng)工作狀態(tài)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。為了避免雙線圈輸出，在編程時(shí)利用輔助繼電器作為中間輸出，然后將同一動(dòng)作功能的輔助繼電器觸點(diǎn)并聯(lián)來驅(qū)動(dòng)輸出繼電器。由于焊槍在啟動(dòng)自動(dòng)焊接時(shí)，夾具必須全部夾緊，假設(shè)輔助繼電器R15為夾具全部夾緊信號(hào)。

3 結(jié)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(dòng)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(dòng)控制過程中，PLC作為控制核心設(shè)備已成為人們的首選。將PLC應(yīng)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(dá)到控制要求，不需對(duì)硬件接線做較大的調(diào)整，減少了大量維修工作，使得設(shè)備運(yùn)行更加安全可靠。