汽車焊裝工藝測控自動(dòng)化控制技術(shù)研究

李先瑞 郝靜

摘 要：汽車業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在現(xiàn)代汽車車體的制造中主要采用的是焊接加工工藝，為確保汽車焊接加工的安全性和高效性，在汽車車身的焊接加工中應(yīng)當(dāng)積極引入新的汽車焊接測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以更加測控自動(dòng)化、智能化、高效化和安全化的汽車焊接測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)來控制汽車車身的焊接加工，在提高汽車車身焊接質(zhì)量的同時(shí)降低汽車車身的制造成本。文章在分析汽車焊裝車間自動(dòng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)汽車焊裝車間的測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行分析闡述。

關(guān)鍵詞： 汽車焊接；焊接加工工藝；測控自動(dòng)化控制

中圖分類號(hào)：U466 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）09-0051-02

Abstract： In order to ensure the safety and efficiency of automobile welding， one of the pillar industries of automobile industry is welding process in the manufacture of modern automobile body. A new automatic control system of automobile welding measurement and control should be introduced actively in the welding process of automobile body. The automatic control system of automobile welding is more automatic， intelligent， efficient and safe to control the welding process of the automobile body. The welding quality of the automobile body is improved while the manufacturing cost of automobile body is reduced. On the basis of analyzing the characteristics of automatic control system in automobile welding workshop， this paper analyzes and expounds the automatic control system of automobile welding workshop.

Keywords： automobile welding； welding process； automatic control of measurement and control

在現(xiàn)代汽車制造中汽車車身的焊接加工是汽車加工制造中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，做好汽車車身焊接質(zhì)量和焊接效率的把控對(duì)于提高汽車制造企業(yè)的加工質(zhì)量、降低企業(yè)加工制造成本有著極為重要的積極意義。隨著測控自動(dòng)化技術(shù)和信息化技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代汽車車身焊接加工中通過將測控自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于汽車焊接加工中，通過“集中監(jiān)控、分散控制”的控制模式構(gòu)建汽車焊裝車間的測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

1 汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

在汽車焊裝車間的測控自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線中所采用的測控自動(dòng)化控制主要使用的是“集中監(jiān)控、分散控制”的控制系統(tǒng)模式。其構(gòu)成可以根據(jù)汽車焊接工藝的不同將整個(gè)汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為多個(gè)控制環(huán)節(jié)，各控制層次之間根據(jù)控制需求的不同采用不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和軟硬件配置，用以最大限度的實(shí)現(xiàn)汽車焊裝車間測控自動(dòng)化控制，確保汽車車身焊接的質(zhì)量和效率。

汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)依據(jù)控制設(shè)備主要分為上位機(jī)控制層、分布控制層和設(shè)備層等幾個(gè)層級(jí)。在上位機(jī)控制層接收廠級(jí)MES信息并通過MES協(xié)調(diào)各類汽車焊裝車間各生產(chǎn)工序，確保汽車焊裝車間測控自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線的安全、高效的進(jìn)行。汽車焊裝車間測控自動(dòng)化管理系統(tǒng)中的分布控制層主要是由分布在焊接車間測控自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線上的PLC所組成。各PLC分布在測控自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線的全線，各PLC之間依靠工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接建立起環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，汽車焊裝車間測控自動(dòng)化管理系統(tǒng)的上位機(jī)控制層與分布控制層之間建立起信息交互。汽車焊裝車間測控自動(dòng)化管理系統(tǒng)的設(shè)備層主要指的是汽車焊裝車間中的各類設(shè)備，如各類變頻器、遠(yuǎn)程模塊、傳感器、激光區(qū)域掃描開關(guān)等。在現(xiàn)今的汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)中依托于現(xiàn)場總線所搭接完成的集成化控制網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為了工業(yè)測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要特點(diǎn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場測控自動(dòng)化控制的總線技術(shù)主要有Profibus、DeviceNet等。現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用能夠極大地提高汽車焊裝車間測控自動(dòng)化管理系統(tǒng)信息傳輸?shù)男屎桶踩?，但是需要注意的是?biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線仍存在著一定的問題，由于汽車焊接工序的復(fù)雜性使得汽車焊裝車間測控自動(dòng)化管理系統(tǒng)在構(gòu)建連接安全光幕、激光區(qū)域掃描開關(guān)等設(shè)備或控制終端時(shí)需要加裝安全繼電器或安全PLC非總線控制系統(tǒng)來提高汽車焊裝車間測控自動(dòng)化控制的安全性，加裝安全繼電器或安全PLC非總線所造成的復(fù)雜冗余的控制狀態(tài)將使得汽車焊裝車間測控自動(dòng)化控制受到較大的制約。在提高工業(yè)現(xiàn)場總線安全性和兼容性方面，世界多家著名的工業(yè)測控自動(dòng)化企業(yè)合作開發(fā)了開放性和兼容性較強(qiáng)的PftoFIsafe、DeviceNetsafety等的新型安全總線。新型的安全總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng)在通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)上有著較大的差異，新型的安全總線系統(tǒng)集合了標(biāo)準(zhǔn)PLC和安全PLC的優(yōu)點(diǎn)，通過集成化的方式來對(duì)標(biāo)準(zhǔn)I/O和安全I(xiàn)/O通信進(jìn)行支持，集成化的總線系統(tǒng)極大的簡化了汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)現(xiàn)場安全布線。汽車焊裝車間測控自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中的各類安全監(jiān)控設(shè)備可以與安全集成PLC使用現(xiàn)場總線進(jìn)行方便的互聯(lián)，完成汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的設(shè)備層安全控制系統(tǒng)的構(gòu)建。安全總線系統(tǒng)在工業(yè)測控自動(dòng)化生產(chǎn)控制領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。在汽車焊裝車間測控自動(dòng)化控制中，各汽車生產(chǎn)廠家會(huì)結(jié)合企業(yè)自身的特點(diǎn)采取相應(yīng)的汽車焊裝車間測控自動(dòng)化控制形式，對(duì)于汽車焊裝車間測控自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備層與分布式控制系統(tǒng)并不一定都采用的是大中型PLC實(shí)現(xiàn)的聯(lián)網(wǎng)控制。在汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件組成上，各汽車生產(chǎn)廠家可以根據(jù)企業(yè)自身在汽車焊裝車間測控自動(dòng)化生產(chǎn)中的工藝特點(diǎn)選擇性的對(duì)汽車焊裝車間焊裝線中的設(shè)備及重要的獨(dú)立島采用大中型的PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)于其的聯(lián)網(wǎng)控制，比如在地板線、左/右側(cè)圍線以及及焊接機(jī)器人包邊獨(dú)立島等。對(duì)于汽車焊裝車間中的各分總成的分拼夾具出于實(shí)際及成本考慮多選用的是小型的PLC，在滿足汽車焊裝車間測控自動(dòng)化控制需求的同時(shí)降低測控自動(dòng)化控制的成本。通過合理的搭配各項(xiàng)測控自動(dòng)化控制設(shè)備和搭建完善的測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)用以構(gòu)建安全、高效的汽車焊裝車間測控自動(dòng)化控制體系，保障汽車焊裝車間測控自動(dòng)化焊接生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2 汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和編制

做好汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)除了做好汽車焊裝車間各測控自動(dòng)化控制設(shè)備的硬件組網(wǎng)外，還需要積極做好汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件部分的編制。汽車焊裝車間測控自動(dòng)化系統(tǒng)中的上位機(jī)控制層管理系統(tǒng)與分布式控制層各控制設(shè)備的HMI程序的編制，各汽車生產(chǎn)廠家結(jié)合企業(yè)自身在汽車焊接工藝和生產(chǎn)設(shè)計(jì)方面的不同會(huì)對(duì)汽車焊裝車間測控自動(dòng)化控制程序有著不同的需求。對(duì)于汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)中所使用的大中型的PLC程序的編制，出于加強(qiáng)對(duì)于大中型PLC程序可靠性和可移植性等方面的考慮，在大中型PLC的程序編制時(shí)都要求相關(guān)程序具有結(jié)構(gòu)化、模塊化編程等的特點(diǎn)。在大中型PLC的程序編制中采用結(jié)構(gòu)化編程方式是出于汽車焊裝車間各焊裝線所具有的同一功能結(jié)構(gòu)單元方面所考慮的，在汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的大中型PLC的程序的編制時(shí)要求PLC程序都具有相同的樹狀結(jié)構(gòu)，從而使得PLC程序具有良好的可讀性和程序結(jié)構(gòu)的一致性。由于各汽車生產(chǎn)廠家汽車焊裝生產(chǎn)線的不同其對(duì)于汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的PLC程序的樹狀結(jié)構(gòu)要求也不完全一致，在汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)中所使用的PLC程序的編制時(shí)需要結(jié)合各汽車生產(chǎn)廠家焊裝生產(chǎn)線的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行PLC程序的編制，用以確保PLC程序具有良好的可讀性和一致性。

對(duì)于汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)程序進(jìn)行模塊化的編制是基于各汽車廠商的汽車焊裝車間生產(chǎn)線上所使用的焊接機(jī)器人具有相同或是相似的運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。比如說，在汽車焊裝車間焊裝生產(chǎn)線上所采用的氣缸組、焊接機(jī)器人或是氣動(dòng)安全門等，在對(duì)其進(jìn)行控制時(shí)每個(gè)T位都采用自動(dòng)/手動(dòng)兩種控制模式，在程序編制時(shí)對(duì)于這些相同或是相似的設(shè)備在運(yùn)行過程中如具有相同或是相似的運(yùn)行方式可以選用相同的中間變量或是相同的PLC處理程序?qū)ζ溥M(jìn)行控制。在汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC程序編制時(shí)為簡化程序編制結(jié)構(gòu)減少程序編制的工作量，各汽車生產(chǎn)廠家在汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)程序編制時(shí)都要求程序采用模塊化的編程方式，用以提高程序的適應(yīng)性和可移植性。

在汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)程序編制的過程中需要做好不同功能程序的劃分。在汽車焊裝車間測控自動(dòng)化生產(chǎn)線中將會(huì)涉及到眾多的環(huán)節(jié)，在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中將需要使用不同的生產(chǎn)設(shè)備來承擔(dān)相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)。對(duì)于不同的生產(chǎn)設(shè)備在生產(chǎn)控制程序的編制上應(yīng)當(dāng)結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備的特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的編制。采用模塊化編程能夠?qū)ζ嚭秆b車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制程序按照所需控制設(shè)備的不同進(jìn)行功能的劃分，各功能塊之間相互區(qū)分又相互聯(lián)系，并不會(huì)因某一程序功能塊出現(xiàn)問題而影響其他程序的正常運(yùn)作。同時(shí)在汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制程序的編制中，采用功能劃分的方式也能夠在程序編制和檢查的過程中快速的發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤之處，從而方便對(duì)汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制程序進(jìn)行糾正、修改，避免了在汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制程序編制或是檢查的過程中需要浪費(fèi)大量的時(shí)間。同時(shí)采用模塊化的程序編制在后期汽車焊裝車間生產(chǎn)線進(jìn)行升級(jí)改造或是局部設(shè)備替換時(shí)可以方便的對(duì)所對(duì)應(yīng)的汽車焊裝車間生產(chǎn)線設(shè)備的控制程序進(jìn)行編制修改，從而極大的減少了汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制程序的編制量并提升了汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制程序的可讀性。如需要對(duì)汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行程序更新時(shí)僅僅需要對(duì)程序局部進(jìn)行修改就能夠完成相關(guān)作業(yè)，提高了程序編制的效率和可靠性。汽車焊裝工藝測控自動(dòng)化控制技術(shù)在汽車焊裝車間生產(chǎn)線上的應(yīng)用在提高汽車焊裝車間生產(chǎn)效率的同時(shí)也極大的提高了汽車焊裝車間的焊接質(zhì)量。隨著信息技術(shù)和測控自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，汽車焊裝車間生產(chǎn)線的測控自動(dòng)化控制將會(huì)向著智能化的方向發(fā)展，進(jìn)而使得汽車焊裝車間生產(chǎn)線的焊接過程聯(lián)系更加緊密，各工序之間的銜接更加流暢。

3 結(jié)束語

汽車焊裝工藝測控自動(dòng)化控制技術(shù)研究和應(yīng)用對(duì)于提高各汽車廠商在汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用有著極為重要的推動(dòng)作用。做好汽車焊裝工藝測控自動(dòng)化控制技術(shù)的研究和應(yīng)用有助于提高各汽車生產(chǎn)廠商提高車身焊接的效率和質(zhì)量。本文在分析汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)汽車焊裝車間生產(chǎn)線測控自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件組成和軟件編制中需要注意的問題進(jìn)行了闡述分析。

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