基于PLC的汽車焊接機器人控制研究

王少昌 楊曉東 劉成華

摘 要：汽車焊裝操控機器人是屬于汽車產品制造流程中最常用到的一款焊制裝備，其操控機構的性能優劣極為關鍵。本文將以美國 Allen Bradley公司生產的1756 L73S為中心控制機構的焊接流程及焊裝智能機器人作為實際例證，對汽車產品焊制流程中的智能化焊裝控制做出了系統的探討和分析，給汽車制作流程中焊裝智能機器人的普及運用提供有益的參考。

關鍵詞：PLC技術；汽車制造；焊裝機器人；操作控制

由于當今高科技工業技術取得了突飛猛進式發展，汽車工業的智能化控制水平也在不斷升高，特別是在近一個時期以來，汽車使用者的多重化功能需求不斷擴展和豐富，汽車工業的生產模式亦逐步擺脫了以往大規模、單一生產線的制作流程，開始轉向柔性化、豐富化、精品化、藝術化的制作機制，汽車焊制作業流程對焊裝機構中的多功能化、靈活化程度控制標準愈發嚴格。時下汽車工業體系中的白車身生產流程通常都是選擇精準程度極高、操作功效甚佳、柔性功能優異的激光型焊制操控機器人。本文以1756 L73S一族中的PLC控制模式的白車體制作流程為研究實例，對PLC型控制流程及焊裝機器人的高功效、高品質、強柔性的信號傳遞及生產作業流程展開系統的闡釋，進而給PLC技術在汽車焊接流程的實際運用及大力推廣創造有利的條件。

1 汽車焊裝流程及PLC控制器功能介紹

PLC程序控制器是現階段工業上運用最為廣泛的一款可編程的邏輯管控裝置，其可依托內部速算來實現以往式的繼電裝置的程序化控制過程、即時數學運算過程以及模擬程序處置過程，并且尚可服務于多項條款間的密切溝通。PLC技術在汽車工業生產中獲得了充分的實踐應用，其在實際應用過程中具備效能顯著、編程簡潔、平穩性良好的特點。白車體是汽車結構中各類功能的支撐載體，在其未作外表涂裝、內部裝飾以及整車總成之前，第一要先實施焊裝工序，而在整個白車體的焊制階段中，其車門部位的焊制是總體焊制作業中的基礎部分，車門對接品質的優劣在很大程度上關聯著整臺車的技術性能。[1]

2 車門焊制控制機構及其硬件組成

車門對接工藝一般包含兩架激光對接機器人及四處焊接平臺，其第一個工位是重點留作焊裝玻璃引槽及防撞桿之用，而其第2個工位是重點擔負焊制鉸鏈筋板及內裝飾筋板，其第3個工位重點擔負鉸鏈筋板及防撞桿的焊制任務，第4個工位重點擔負焊裝外壁窗欄。車門焊制工序中的控制機構重點涵蓋PLC控制器、操控臺、工件夾具、氣壓通路以及激光型焊制機器人等多個類型的控制機件，PLC控制器對整體焊接系統實施操作控制，其傳入訊息是操作臺傳出的操控指令及來自于各類傳感器的顯示內容，傳出的指令訊息即由相應的智能機器人、夾具油缸、電磁控制閥等來具體落實，而在整體操控機構的運作程序中，對激光焊裝機器人的動作管控是最為重要的。[2]

3 針對PLC控制機構的硬件構成分析

在對汽車車門機構進行焊接的操作環節中，必須謹慎管控的操作部位包括夾具機構中的氣缸油路，每具氣缸內含有一種多功能的電磁性切換閥及兩個定位傳感部件，另外還擁有焊接操控機器人的通信入口及夾具本體的辨識信號，而1756 L73S成套產品中PLC控制器的I/O引入點在不增設I/O程序模塊的狀態下，最多能容有250個，故此能夠達到設計標準要求，因而應選取1756 L73SCPU226、EM211數字量程序模塊及EM223數量引出程序模塊即能符合整體控制機構的功能要求。

在實施車門焊接作業步驟中，其激光型焊接操作環節中通常會放射出很多的光能和熱能，由此產生的小區域高溫狀態對操控體系也會造成極大的負面影響，而當氣壓通道中的壓力上漲時會降低夾具的穩固性，故此需強化功能數字模塊EM235，以此對焊裝作業現場中的操控溫度及壓力狀態開展實地的監控，當超越其臨界值時，PLC控制機構即會馬上摘除供電電源，強行中斷系統運作，從而實現穩定生產功能的目標。[3]

4 針對PLC控制機構的軟件組成分析

在針對于應用PLC控制器的調控體系中，所選取的是模塊型的控制套路，焊裝作業流程的管控及焊制機器人的行為動作管控是屬于相互獨立的兩類控制模塊，PLC裝置借助于適用訊息來裝配操作流程并和焊接機器人進行密切的協作，其操作程序在實際操作環節中可借助于相應的起始符號、結束符號以及BBC檢測數碼來實現信息傳遞的有效性。實際控制流程為：控制系統啟動，PLC控制焊接機器人上電復位，然后由系統對夾具位置、行程開關等傳感器信號進行檢測并與程序中的模塊參數進行互相比對，然后由PLC進行邏輯運算后輸出相應的指令，調整夾具的位置；夾具夾緊工件后，由PLC控制焊接機器人進行工作，即PLC發出相應的通訊指令，有機器人將指令與自身儲存器的相關指令進行比對后，選擇合適的模塊程序，完成焊接動作和位姿調整，焊接過程中的焊接電流大小、通斷時間都是由機器人自身的控制器完成的。PLC系統采用模塊化編程，可以通過調用不同的子程序進行焊接，這有利于提高控制系統的穩定性、靈活性，可實現基于PLC汽車焊裝機器人控制系統的高效運作。[4]

5 結語

筆者結合自身實踐經驗，以1756 L73S系列PLC控制白車身的車門焊接工藝流程為例，對基于PLC控制的激光焊接機器人控制系統進行了具體的研究，并從系統構成、硬件設計、軟件設計等方面詳細論述了PLC控制系統的特點，為PLC控制系統在汽車焊接機器人中的應用和推廣提供了有力的技術支撐。

參考文獻：

[1]潘垚錕，劉波.基于1756 L73SPLC的汽車后橋焊接專機控制系統[J].機械設計與制造工程，2015（01）.

[2]范小蘭，趙春鋒.基于PLC的機械手控制在MCGS中的實現[J].制造業自動化，2012（18）.

[3]陳全，李鋼，張仁斌.基于開放式體系結構的弧焊機器人控制系統設計和實現[J].制造業自動化，2004（09）.

[4]趙淵博.焊接機器人在焊接生產線中的應用意義與在汽車車身焊接生產線中的應用[J].科技展望，2016（32）.