基于PLC的汽車焊裝生產線控制系統設計策略

戴子臣

[摘? ? 要]隨著科學技術的不斷發展，汽車焊裝生產線也實現了自動化控制。尤其是自PLC技術的應用以來，汽車焊裝生產線自動化控制效果更是得到了全面提升。而在具體的生產線自動化控制過程中，以PLC為基礎的自動化控制系統發揮著至關重要的作用。為實現汽車焊裝生產線的良好控制，滿足汽車制造中的實際焊接需求，文章以PLC為基礎的控制系統設計進行分析，為該系統的良好設計與應用提供參考。

[關鍵詞]汽車制造;汽車焊裝;焊裝生產線;PLC控制系統;系統設計

[中圖分類號]U468.22 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–00–02

Design Strategy of Automobile Welding Production Line Control System based on PLC

Dai Zi-chen

[Abstract]With the continuous development of science and technology， the automobile welding production line has also realized automatic control. Especially since the application of PLC technology， the automatic control effect of automobile welding production line has been comprehensively improved. In the specific production line automation control process， the automation control system based on PLC plays a vital role. In order to realize the good control of automobile welding production line and meet the actual welding needs in automobile manufacturing， this paper analyzes the design of control system based on PLC. It is hoped that this analysis can provide a reference for the good design and application of the system.

[Keywords]automobile manufacturing; automobile welding; welding production line; PLC control system; system design

1 PLC概述

PLC控制器具有強大的微處理、數字運算以及自動化控制功能，不僅可以對相應的控制指令進行儲存，同時也可以實現控制指令的執行。其主要的組成部分包括CPU、電源、輸入/輸出接口、數據內存、指令內存和數字模擬轉換等，在早期，PLC僅可以實現邏輯控制，所以當時的PLC叫作邏輯控制器;而隨著此項技術的不斷發展，其功能也實現了進一步擴充。目前PLC的主要功能包括多級通信、模擬控制、時序控制以及邏輯控制等，而其名字也改為了現在的可編程邏輯控制器。

2 汽車焊裝生產線中的主要裝置

2.1 焊裝夾具

在汽車焊裝生產線中，焊裝夾具是最重要的一個工裝組成部分，其主要作用是對焊裝件進行定位，并將其夾緊，以此保障車身形狀、尺寸及其精度與具體設計要求相符。同時，在具體的汽車焊裝過程中，焊接夾具所具有的自動化程度將會對汽車的批量生產起到關鍵的影響作用。生產中，焊裝夾具不僅可實現相應工序中的零件阻焊及其定位，同時也可以對上一道工序中的零件焊接質量進行檢驗和校正。因此，焊裝夾具的設計與制造效果將會對整體汽車焊裝生產工藝、產品質量以及生產能力產生直接影響。

焊裝夾具的主要組成部分包括定位板、壓板、支架以及氣缸或手動形式的夾緊元件，一些焊裝夾具中也設置了定位銷。具體的自動化控制中，在氣缸動作的情況下，焊裝夾具便可實現夾緊或者是松開操作?；诖?，可借助于PLC中的輸出點將信號發出，以此實現電磁閥的自動化控制，完成焊裝夾具的夾緊和松開動作。

2.2 焊槍

焊槍的主要作用是對汽車中的各部件組分進行焊接。焊槍的安裝方式有很多種，常見的方式有移動式、旋轉式、固定式、移動加旋轉式安裝等。因為汽車車身屬于一個三維形體，所以在焊接過程中，一定要避免焊槍對周圍車體產生干涉，且應該和焊點平面之間保持垂直。因此，焊槍在焊接中也需要進行三維運動。在柔性焊裝生產線上，焊槍可通過三維運動機器人上的手來夾持。而在通過焊槍進行汽車部件焊接的過程中，一項不可或缺的設備就是焊接控制器，它的主要作用是在具體焊接中對焊接電流以及每一次焊接循環中的焊接時間分配等進行控制。通常焊接控制器中都涵蓋了很多套規范，不同規范適合不同材料條件下的焊接控制。

在對焊槍進行自動化控制時，PLC中的輸出信號主要對其進行加壓控制，并實現焊接控制器的自動化啟動，然后再借助于焊接控制器以及焊接變壓器來進行焊槍控制，使其按照相應的規范實現焊接電流與焊接時間的合理分配。在完成了焊接之后，焊接控制器便會將完成信號輸出，在PLC接收到了這個完成信號之后，便會對焊槍進行卸壓控制，并使焊槍移動到新的焊接點處，循環新一個焊接過程。

2.3 輸送裝置

在汽車焊裝生產線中，輸送裝置也是一項必不可少的裝置，該裝置主要的作用是在各工位之間進行汽車部件的輸送。其主要的組成部分包括托板、輸送托板的裝置、機械手等。在通過PLC對輸送裝置進行自動化控制的過程中，可使其機械手將相應的汽車部件抓取到托板上，再通過輸送托板的裝置將其運輸到指定的工位上，以此實現各個工位上汽車部件的自動化運輸。

3 以PLC為基礎的汽車焊裝生產線控制系統設計分析

3.1 主要設計步驟

在以PLC為基礎的汽車焊裝生產線控制系統設計中，其主要的設計步驟包括以下幾個方面：①需要對汽車焊裝生產線上的所有生產工藝和控制要求做到全面了解，必要的情況下需要畫出這個控制系統中的各項工作循環圖、功能圖、時序圖以及流程圖等，以此實現整個生產線中所有功能的全面掌握，讓PLC自動化控制系統的設計與生產線工作實際相符。②按照生產線作業過程中的實際控制需求，在PLC上為輸入和輸出信號進行地址編號的分配。具體分配中，通常需要將現場信號和PLC輸入與輸出信號地址之間的對照表列出。③按照上述的對照表來設計PLC控制系統中的硬件部分，在該系統中主要的硬件設計包括電氣安裝接線圖設計、電器元件位置圖設計以及電氣原理圖設計等。有時也需要對控制面板以及電氣控制柜進行設計，并列寫好標準件以及外購件的清單。④按照具體的控制要求進行梯形圖的設計，具體設計中，通常需要做好相應的標注，以此來為后續的閱讀與調試提供足夠便利。添加的標注應該和上述對照表中的元件標注保持一致。⑤做好程序輸入，在此過程中，如果應用的是手持形式的編程器，則需要對上述梯形圖進行轉換，使其成為一個指令語句表;如果應用的是計算機或者是圖形編程專用的便攜式編程器，則可以直接借助于PLC中的編程軟件來實現各種形式的自動化轉換，無須通過人為的方式對梯形圖進行轉換。

3.2 主要控制要求

本次所研究的是某汽車焊裝生產線中的自動化控制系統，因該系統的主要任務是焊接，所以在此主要對其自動化焊槍的控制進行分析。這個焊槍有兩種控制模式，分別是手動控制與自動化控制。它可以對兩個焊點進行焊接，當焊槍在原點位置上升的情況下，便可到達第一個焊點，而要想到達第二個焊點，且不和車體中的部件產生干涉，則需要先將原點向前移動，然后再將焊槍上升，這樣便可到達第二個焊點。在這一自動化焊接的過程中，焊槍的主要動作流程包括以下：在原點位置自動啟動、上升、加壓、對1號焊點進行焊接、卸壓、下降、向前移動、上升、加壓、對2號焊點進行焊接、卸壓、下降、向后移動，一直移動到原點為止。整個焊接過程中，焊槍都是通過氣缸來進行驅動，而其上升、下降、向前移動以及向后移動則都是借助于兩位雙線圈電磁閥來進行控制。

3.3 輸入與輸出信號設計

為實現上述的焊裝目標，在本次所研究的汽車焊裝生產線自動化控制系統中，其PLC選擇的是西門子公司所研發的S7-300型PLC。在通過該系統進行焊槍控制的過程中，需要對其輸入信號以及輸出信號加以合理設計。

輸入信號設計：在該自動化控制系統中，PLC的輸入信號點共有10個。具體控制中，手動與自動控制模式的轉換主要借助選擇開關來實現，開關上的0代表手動模式，1代表自動模式。同時也對焊槍進行了自動啟動以及急停按鈕的設計。除此之外，設計者也對其焊接結束和故障報警信號、焊槍上位行程、下位行程、前位行程、后位行程以及壓力開關進行了合理設計，以此來實現焊槍操作全過程的自動化控制。

輸出信號設計：在該自動化控制系統中，PLC輸出信號點共有8個。在焊接之前，其主要的自動化控制步驟包括后退控制、上升與下降控制以及加壓控制，這些控制需借助3個氣缸驅動才可實現，而這3個氣缸中共需要進行5個自動化控制電磁閥的設計，包括焊槍的上升、下降、前進、后退以及加壓電磁閥。同時也需要對焊接繼電器的啟動、氣源故障指示燈以及焊接過程中的故障報警指示燈進行輸出信號設計，以此確保整個焊接過程的安全穩定進行。

3.4 輸入與輸出對照表設計

在該自動化控制系統的具體設計中，需要給每一個輸入信號和輸出信號都安排一個確定的地址，這樣才可以有效確保PLC的自動化控制效果。以下是該系統自動化控制中的焊槍PLC輸入信號及其地址對照表（表1）與輸出信號及其地址對照表（表2）

3.5 系統硬件設計

在對該自動化控制系統中的硬件進行設計時，一定要根據系統的實際控制要求與選擇的硬件設施，嚴格按照PLC輸入與輸出點的對照表來進行硬件設備設施的合理安排。這樣才可以有效確保該系統的硬件設計效果，使其在汽車焊裝過程中發揮出良好的自動化控制作用，以此實現汽車焊裝作業的自動化，顯著提升焊裝效率與質量。

4 結束語

在汽車焊裝過程中，焊裝生產線的自動化控制是確保焊接質量、提升焊接效率的關鍵。而在其自動化控制過程中，PLC所起到的作用至關重要?；诖?，在具體的汽車生產制造過程中，制造企業與相關的技術人員一定要加強PLC技術的應用研究，根據實際情況，結合實際需求，將PLC合理應用到焊裝生產線中，并對其自動化控制系統加以合理設計。通過這樣的方式，才可以讓汽車焊裝生產線得到良好的自動化控制，充分滿足當今汽車焊裝作業的實際需求，促進汽車制造行業的自動化與智能化發展。

參考文獻

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[2] 林用滿.基于汽車焊裝車間自動化控制技術分析[J].南方農機，2019（13）：37.