車身焊裝總成控制系統設計說明

天津愛信工業技術有限公司　郝春芳

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車身焊裝總成控制系統設計說明

天津愛信工業技術有限公司郝春芳

【摘要】車身焊裝總成生產線是焊裝主線中最為核心的生產部分[1]，本文基于MPI/PROFIBUS DP通訊協議，利用S7-300系列PLC，設計了某焊裝車間車身焊裝總成生產線控制系統，主要對其設計原理和控制過程進行介紹。

【關鍵詞】車身焊裝總成；PLC；設計說明

1　工作原理

該控制系統采用Siemens S7-300系列PLC，分別設計左側圍控制箱，右側圍控制箱，地板控制箱及主控制機柜，分別安裝在相應裝置位置。觸摸屏采用MP 277-10寸觸摸屏，安裝在主控制機柜正面，方便工藝人員進行操作。

主站采用CPU 315-2 PN/DP，組合了MPI/ PROFIBUS DP-主/從接口，從站搭配ET 200S實現分布式組態，分別利用以太網及DP網絡通訊的方式，將PLC、操作面板組成為一個車身總拼控制系統。

本套系統的工作原理為：系統采用一個主站、三個從站DP通訊的基本網絡結構，通過以太網通訊至觸摸屏。首先通過觸摸屏MP277選擇生產模式，可設定自動生產模式或手動生產模式及其他參數，即把各種設定值傳送到PLC，通過其內部程序，監控現場各設備（如氣缸、電磁閥等）的運行，及時根據內部程序調整各設備及儀表的輸出，并把故障及時傳送給觸摸屏，然后通過指示燈及音樂報警器進行報警提示，以人機對話的方式，提示現場操作人員處理故障，達到生產條件后，可根據自動生產工藝流程進行生產及相應操作，逐步完成“下車身/左右側圍上件-車身拼接-焊接部分-打開部分”一系列生產。

2　系統硬件

在PLC主機柜內，主要布置有PLC控制系統1套，開關電源若干個，繼電器若干個，電源開關若干個和電源端子排，左右側板裝分別配風扇和過濾網。柜頂裝有三色指示燈（紅、黃、綠）；主機柜正面安裝黃色220V電源指示燈，紅色系統故障指示燈，自復位按鈕，緊急停車旋轉復位按鈕，以及觸摸屏。

左側圍控制箱布置有1塊IM151-1標準模塊（用于連接ET 200S和PROFIBUS DP的接口，并處理與PROFIBUS-DP主站的所有數據交換），若干塊PM-E電源，1個電源開關，若干塊I/O終端版和若干塊DI/DO卡件等，正面安裝了24V電源指示燈。

右側圍控制箱的結構與左側圍控制箱基本一致。

地板控制箱，布置有1塊IM151-1標準模塊，若干塊PM-E電源，1個電源開關，若干個繼電器，若干塊I/O終端版和若干塊DI/DO卡件等，正面安裝了地板控制箱系統故障指示燈，24V電源指示燈和緊急停車開關各1個。

3　控制過程

控制過程可分為自動控制以及手動控制，當裝置處于正常情況下，系統可自動完成整個白車身總拼過程，當裝置出現故障，為了繼續生產，可在觸摸屏上進行手動控制，按照提示進行操作即可。下面介紹自動控制過程：

3.1 下車身及左右側圍上件

系統處于初始位置，即滑撬舉升，左右側圍處于翻平狀態，其他夾具均處于打開狀態時，下車身及側圍上件同時開始，下車身先經由下車身總成位置推進，碰觸接近開關后，自動觸發接近開關，PLC收到開關觸發狀態后，執行傳送鎖鎖緊指令，設置前后兩處傳送鎖，以固定下車身模具，到位后，指示燈亮用來提示到位情況，然后滑撬下降，地板夾緊，相應指示燈亮，上車身上件完成。

側圍上件分別左側圍和右側圍上件，可不分順序、不分先后進行，上件后，檢知開關觸點閉合，PLC程序讀取后，自動觸發相應夾具夾緊，夾緊到位后，相應指示燈亮，側圍上件完成。

下車身上件與左/右測圍上件同時進行，兩個步驟相互獨立；

3.2車身拼接

完成后，系統給出聲光提示，裝置周圍限制區域光柵感應無人員存在，左右側圍總成裝置開始翻直，均到位后，觸碰各自檢知開關，待氣缸的反饋信號出現前，左右側圍不進行推進，待反饋信號到位后，接著左右側圍同時推進至地板中心線，待側圍件與下車身件鍥合后，左、右側圍鎖緊，繼而左、右側圍夾具夾緊，車身拼接完成，相應指示燈閃爍，提示該部分完成。

3.3焊接部分

焊接部分分為：下車身與側圍緊固焊接、前風擋橫梁焊接、后圍板焊接、頂蓋后橫梁焊接共四個部分。首先進行下車身與側圍緊固焊接，該部分焊接在車身拼接完成后進行自動焊接，逐點進行，單側圍約10-15點焊，焊接點數及方式可根據具體車型進行調整，焊接完成以PLC收到最后一個焊接點完成反饋后為準，PLC設定該部分焊接完成指示燈亮，提示進入下一步；然后進行前風擋橫梁上件，到位后夾緊，進行焊接，完成后指示燈亮提示進入下一步；后圍板和頂蓋后橫梁焊接過程依次進行，待整個焊接過程完成后，PLC給出聲光提示，方可進入夾具打開部分。

3.4夾具打開部分

待焊接部分完成，進入夾具打開部分：首先頂蓋后橫梁夾具打開，其次后圍板、前風擋橫梁夾具打開，然后左/右夾具依次打開，接著左/右側圍退回，到位后翻平，滑撬舉升，下車身傳送鎖解鎖，最后夾具打開部分完成，即恢復到下一生產過程的初始狀態，PLC給出聲光提示，可開始下一生產過程。

4　優化設計

生產過程中，如系統出現非正常斷電，需操作人員在系統再次上電前，按下緊急停車按鈕，待系統恢復正常后，將控制模式切為手動，將其恢復至不影響生產狀態，再解除急停，繼續生產?，F因系統掉電再得電過程短暫，為防止操作人員不能對此作出及時操作，特將程序作掉電復顯優化：如控制系統出現非正常掉電情況，操作人員應停止操作，先將控制系統內部電源依次斷電，檢查外部電源，在查明異常后，再按照供電過程，給系統重新上電。系統再上電后，操作人員應等待系統恢復正常后，觀察觸摸屏，恢復到正常操作狀態，方可進行操作。操作順序如下：第一，斷電前處于自動生產模式：再次上電后，等待觸摸屏恢復正常，然后觸摸屏提示1：“系統掉電重啟，請切換為手動控制”，操作人員切換為手動控制，接著觸摸屏提示2：“是否解除急停，恢復生產”，操作人員進行復位操作后，可進入生產主畫面；第二，斷電前處于手動生產模式：再次上電后，等待觸摸屏恢復正常，然后觸摸屏提示1：“是否解除急停，恢復生產”，接著操作人員進行復位操作后，可進入生產主畫面。

5　適用性說明

因該系統成本比較低廉，操作簡單，故適合國內一些對生產自動化要求程度不高的車間使用，該系統已成功實施，用戶可放心使用。

參考文獻

[1]王元勛,何可敬等.車身焊裝生產線焊裝主線設計研究[J].中國機械工程,2001(11):48-50.