基于PLC的汽車焊接機(jī)器人控制研究

辛攀攀

摘 ?要：汽車焊接機(jī)器人是汽車生產(chǎn)線中常用的一種焊接設(shè)備，其控制系統(tǒng)的好壞至關(guān)重要。文章以西門子S7-200為核心控制器的焊接生產(chǎn)線和焊接機(jī)器人為例，對(duì)汽車焊裝生產(chǎn)線的自動(dòng)焊接控制進(jìn)行了具體的分析和研究，為汽車生產(chǎn)線中焊接機(jī)器人的使用和推廣提供了有效的借鑒。

關(guān)健詞：PLC;汽車焊接機(jī)器人;控制

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，汽車生產(chǎn)的自動(dòng)化水平也越來越高，尤其是在近幾年來，汽車消費(fèi)者的個(gè)性需求越來越強(qiáng)，汽車制造模式也逐漸脫離過去大批量、單一模式的生產(chǎn)，開始向柔性化、個(gè)性化、精益化的模式生產(chǎn)，汽車焊裝生產(chǎn)線對(duì)焊接系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平要求也越來越高。目前汽車的白車身焊接生產(chǎn)線通車采用的是精度高、速度快、柔性高的激光焊接機(jī)器人。文章以S7-200系列的PLC控制器控制的白車身生產(chǎn)線為例，對(duì)PLC控制生產(chǎn)線與焊接機(jī)器人高效率、高精度、高柔性的通訊和生產(chǎn)進(jìn)行詳細(xì)的論述，為PLC在汽車焊裝生產(chǎn)線的應(yīng)用和推廣提供有效的技術(shù)支撐。

1 基于PLC的汽車焊接機(jī)器人控制研究

1.1 汽車焊裝生產(chǎn)線及PLC控制器簡(jiǎn)介

PLC是目前應(yīng)用非常廣泛的一種可編程邏輯控制器，能夠通過內(nèi)部運(yùn)算完成傳統(tǒng)的繼電器的邏輯控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)運(yùn)算以及模擬量處理，同時(shí)還能夠支持多種協(xié)議的通訊。PLC控制器在汽車生產(chǎn)線中應(yīng)用非常廣泛，在使用過程中具有功能強(qiáng)大、編程靈活、可靠性高的特點(diǎn)。

白車身是汽車其他系統(tǒng)的載體，在它沒有經(jīng)過涂裝、內(nèi)飾以及總裝前，首先需要進(jìn)行焊裝，而在整個(gè)白車身的焊接過程中，車門的焊接是整個(gè)焊裝工藝中的關(guān)鍵部分，車門焊接質(zhì)量的好壞直接影響整車性能。文章以S7-200系列的PLC在車門焊接工藝中的控制系統(tǒng)為例，對(duì)基于PLC的汽車焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行具體的探討，以期為汽車的焊接生產(chǎn)線的改進(jìn)提供技術(shù)支撐。

1.2 車門焊接控制系統(tǒng)及其硬件構(gòu)成

車門焊接工藝通常包括兩臺(tái)激光焊接機(jī)器人和四個(gè)焊接工位，第一個(gè)工位主要焊接玻璃導(dǎo)槽和防撞桿，第二個(gè)工位主要負(fù)責(zé)焊接鉸鏈加強(qiáng)板和內(nèi)飾加強(qiáng)板，第三個(gè)工位主要負(fù)責(zé)鉸鏈加強(qiáng)板和防撞桿，第四個(gè)工位主要負(fù)責(zé)焊接外板窗框。車門焊接工藝流程的控制系統(tǒng)主要包括PLC、操作臺(tái)、夾具、氣壓回路以及激光焊接機(jī)器人等，PLC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，其輸入信號(hào)是操作臺(tái)的指令和各個(gè)傳感器的信號(hào)，輸出信號(hào)則由機(jī)器人、夾具氣缸、電磁閥等來執(zhí)行，而在整個(gè)控制系統(tǒng)工作過程中，對(duì)激光焊接機(jī)器人的控制是最關(guān)鍵的。

1.3 基于PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)探討

在汽車車門的焊接過程中，需要控制的輸入點(diǎn)有夾具系統(tǒng)的氣缸回路，每個(gè)氣缸有一個(gè)三位五通的電磁閥和兩個(gè)位置傳感器，還有焊機(jī)機(jī)器人的通訊接口和夾具的識(shí)別信號(hào)，而S7-200系列PLC的I/O輸入點(diǎn)在不添加I/O模塊的條件下，最多可以有200個(gè)，可以滿足設(shè)計(jì)需要，所以選用S7-200CPU226、EM211數(shù)字量輸入模塊和EM223數(shù)量量輸出模塊就可以滿足整個(gè)控制系統(tǒng)的需求。

在車門焊接過程中，激光焊接機(jī)器人進(jìn)行工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的光和熱，形成的局部高溫對(duì)系統(tǒng)具有較大的影響，而氣壓回路的壓力過大時(shí)會(huì)影響夾具的夾緊，所以需要添加擴(kuò)展模塊EM235對(duì)焊接過程中的溫度和氣壓系統(tǒng)壓力進(jìn)行監(jiān)控，一旦超過允許值，PLC控制系統(tǒng)就會(huì)切斷電源，強(qiáng)行停止系統(tǒng)，達(dá)到保護(hù)生產(chǎn)性的目的。

1.4 基于PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)探討

在基于PLC的控制系統(tǒng)中，采用的是模塊化的控制，焊接生產(chǎn)線的控制和焊接機(jī)器人的控制是相互獨(dú)立的兩個(gè)模塊，PLC通過串口通訊來協(xié)調(diào)生產(chǎn)線和焊接機(jī)器人之間的關(guān)系，程序在實(shí)際執(zhí)行中通過起始符、結(jié)束符以及BBC檢驗(yàn)碼來確保通訊信息的正確性。具體程序控制流程如下：控制系統(tǒng)啟動(dòng)，PLC控制焊接機(jī)器人上電復(fù)位，然后由系統(tǒng)對(duì)夾具位置、行程開關(guān)等傳感器信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并與程序中的模塊參數(shù)進(jìn)行互相比對(duì)，然后由PLC進(jìn)行邏輯運(yùn)算后輸出相應(yīng)的指令，調(diào)整夾具的位置;夾具夾緊工件后，由PLC控制焊接機(jī)器人進(jìn)行工作，即PLC發(fā)出相應(yīng)的通訊指令，有機(jī)器人將指令與自身儲(chǔ)存器的相關(guān)指令進(jìn)行比對(duì)后，選擇合適的模塊程序，完成焊接動(dòng)作和位姿調(diào)整，焊接過程中的焊接電流大小、通斷時(shí)間都是由機(jī)器人自身的控制器完成的。

從PLC控制系統(tǒng)的工作過程中可以看出，PLC系統(tǒng)采用模塊化編程，可以通過調(diào)用不同的子程序進(jìn)行焊接，其模塊化編程的思路不僅極大地簡(jiǎn)化了控制軟件的設(shè)計(jì)，還有利于提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性。

2 結(jié)束語

文章根據(jù)自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以S7-200系列PLC控制白車身的車門焊接工藝流程為例，對(duì)基于PLC控制的激光焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行了具體的研究，并從系統(tǒng)構(gòu)成、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等方面詳細(xì)論述了PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，為PLC控制系統(tǒng)在汽車焊接機(jī)器人中的應(yīng)用和推廣提供了有力的技術(shù)支撐。

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