汽車焊裝工藝測控自動化控制技術研究

李先瑞 郝靜

摘 要：汽車業是我國的支柱產業之一，在現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當積極引入新的汽車焊接測控自動化控制系統，以更加測控自動化、智能化、高效化和安全化的汽車焊接測控自動化控制系統來控制汽車車身的焊接加工，在提高汽車車身焊接質量的同時降低汽車車身的制造成本。文章在分析汽車焊裝車間自動控制系統特點的基礎上對汽車焊裝車間的測控自動化控制系統進行分析闡述。

關鍵詞： 汽車焊接；焊接加工工藝；測控自動化控制

中圖分類號：U466 文獻標志碼：A 文章編號：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重要環節，做好汽車車身焊接質量和焊接效率的把控對于提高汽車制造企業的加工質量、降低企業加工制造成本有著極為重要的積極意義。隨著測控自動化技術和信息化技術的快速發展，現代汽車車身焊接加工中通過將測控自動化技術應用于汽車焊接加工中，通過“集中監控、分散控制”的控制模式構建汽車焊裝車間的測控自動化控制系統。

1 汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統的硬件構成

在汽車焊裝車間的測控自動化焊接生產線中所采用的測控自動化控制主要使用的是“集中監控、分散控制”的控制系統模式。其構成可以根據汽車焊接工藝的不同將整個汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統分為多個控制環節，各控制層次之間根據控制需求的不同采用不同的網絡結構和軟硬件配置，用以最大限度的實現汽車焊裝車間測控自動化控制，確保汽車車身焊接的質量和效率。

汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統依據控制設備主要分為上位機控制層、分布控制層和設備層等幾個層級。在上位機控制層接收廠級MES信息并通過MES協調各類汽車焊裝車間各生產工序，確保汽車焊裝車間測控自動化焊接生產線的安全、高效的進行。汽車焊裝車間測控自動化管理系統中的分布控制層主要是由分布在焊接車間測控自動化焊接生產線上的PLC所組成。各PLC分布在測控自動化焊接生產線的全線，各PLC之間依靠工業以太網進行連接建立起環網冗余結構，汽車焊裝車間測控自動化管理系統的上位機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化管理系統的設備層主要指的是汽車焊裝車間中的各類設備，如各類變頻器、遠程模塊、傳感器、激光區域掃描開關等。在現今的汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統中依托于現場總線所搭接完成的集成化控制網絡已經成為了工業測控自動化控制系統的重要特點，應用于工業現場測控自動化控制的總線技術主要有Profibus、DeviceNet等。現場總線技術的應用能夠極大地提高汽車焊裝車間測控自動化管理系統信息傳輸的效率和安全性，但是需要注意的是標準現場總線仍存在著一定的問題，由于汽車焊接工序的復雜性使得汽車焊裝車間測控自動化管理系統在構建連接安全光幕、激光區域掃描開關等設備或控制終端時需要加裝安全繼電器或安全PLC非總線控制系統來提高汽車焊裝車間測控自動化控制的安全性，加裝安全繼電器或安全PLC非總線所造成的復雜冗余的控制狀態將使得汽車焊裝車間測控自動化控制受到較大的制約。在提高工業現場總線安全性和兼容性方面，世界多家著名的工業測控自動化企業合作開發了開放性和兼容性較強的PftoFIsafe、DeviceNetsafety等的新型安全總線。新型的安全總線系統與傳統的標準總線系統在通信協議標準上有著較大的差異，新型的安全總線系統集合了標準PLC和安全PLC的優點，通過集成化的方式來對標準I/O和安全I/O通信進行支持，集成化的總線系統極大的簡化了汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統現場安全布線。汽車焊裝車間測控自動化生產系統中的各類安全監控設備可以與安全集成PLC使用現場總線進行方便的互聯，完成汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統中的設備層安全控制系統的構建。安全總線系統在工業測控自動化生產控制領域中有著廣闊的應用前景。在汽車焊裝車間測控自動化控制中，各汽車生產廠家會結合企業自身的特點采取相應的汽車焊裝車間測控自動化控制形式，對于汽車焊裝車間測控自動化系統的設備層與分布式控制系統并不一定都采用的是大中型PLC實現的聯網控制。在汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統的硬件組成上，各汽車生產廠家可以根據企業自身在汽車焊裝車間測控自動化生產中的工藝特點選擇性的對汽車焊裝車間焊裝線中的設備及重要的獨立島采用大中型的PLC來實現對于其的聯網控制，比如在地板線、左/右側圍線以及及焊接機器人包邊獨立島等。對于汽車焊裝車間中的各分總成的分拼夾具出于實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化控制需求的同時降低測控自動化控制的成本。通過合理的搭配各項測控自動化控制設備和搭建完善的測控自動化控制系統用以構建安全、高效的汽車焊裝車間測控自動化控制體系，保障汽車焊裝車間測控自動化焊接生產的順利進行。

2 汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統的軟件設計和編制

做好汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統的建設除了做好汽車焊裝車間各測控自動化控制設備的硬件組網外，還需要積極做好汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統軟件部分的編制。汽車焊裝車間測控自動化系統中的上位機控制層管理系統與分布式控制層各控制設備的HMI程序的編制，各汽車生產廠家結合企業自身在汽車焊接工藝和生產設計方面的不同會對汽車焊裝車間測控自動化控制程序有著不同的需求。對于汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統中所使用的大中型的PLC程序的編制，出于加強對于大中型PLC程序可靠性和可移植性等方面的考慮，在大中型PLC的程序編制時都要求相關程序具有結構化、模塊化編程等的特點。在大中型PLC的程序編制中采用結構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構單元方面所考慮的，在汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統中的大中型PLC的程序的編制時要求PLC程序都具有相同的樹狀結構，從而使得PLC程序具有良好的可讀性和程序結構的一致性。由于各汽車生產廠家汽車焊裝生產線的不同其對于汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統中的PLC程序的樹狀結構要求也不完全一致，在汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統中所使用的PLC程序的編制時需要結合各汽車生產廠家焊裝生產線的實際特點進行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。

對于汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統程序進行模塊化的編制是基于各汽車廠商的汽車焊裝車間生產線上所使用的焊接機器人具有相同或是相似的運行方式和結構特點。比如說，在汽車焊裝車間焊裝生產線上所采用的氣缸組、焊接機器人或是氣動安全門等，在對其進行控制時每個T位都采用自動/手動兩種控制模式，在程序編制時對于這些相同或是相似的設備在運行過程中如具有相同或是相似的運行方式可以選用相同的中間變量或是相同的PLC處理程序對其進行控制。在汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統進行PLC程序編制時為簡化程序編制結構減少程序編制的工作量，各汽車生產廠家在汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統程序編制時都要求程序采用模塊化的編程方式，用以提高程序的適應性和可移植性。

在汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統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化生產線中將會涉及到眾多的環節，在各生產環節中將需要使用不同的生產設備來承擔相應的生產任務。對于不同的生產設備在生產控制程序的編制上應當結合生產設備的特點進行針對性的編制。采用模塊化編程能夠對汽車焊裝車間生產線測控自動化控制程序按照所需控制設備的不同進行功能的劃分，各功能塊之間相互區分又相互聯系，并不會因某一程序功能塊出現問題而影響其他程序的正常運作。同時在汽車焊裝車間生產線測控自動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現程序中的錯誤之處，從而方便對汽車焊裝車間生產線測控自動化控制程序進行糾正、修改，避免了在汽車焊裝車間生產線測控自動化控制程序編制或是檢查的過程中需要浪費大量的時間。同時采用模塊化的程序編制在后期汽車焊裝車間生產線進行升級改造或是局部設備替換時可以方便的對所對應的汽車焊裝車間生產線設備的控制程序進行編制修改，從而極大的減少了汽車焊裝車間生產線測控自動化控制程序的編制量并提升了汽車焊裝車間生產線測控自動化控制程序的可讀性。如需要對汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統進行程序更新時僅僅需要對程序局部進行修改就能夠完成相關作業，提高了程序編制的效率和可靠性。汽車焊裝工藝測控自動化控制技術在汽車焊裝車間生產線上的應用在提高汽車焊裝車間生產效率的同時也極大的提高了汽車焊裝車間的焊接質量。隨著信息技術和測控自動化控制技術的不斷發展進步，汽車焊裝車間生產線的測控自動化控制將會向著智能化的方向發展，進而使得汽車焊裝車間生產線的焊接過程聯系更加緊密，各工序之間的銜接更加流暢。

3 結束語

汽車焊裝工藝測控自動化控制技術研究和應用對于提高各汽車廠商在汽車焊裝車間生產線測控自動化控制方面的應用有著極為重要的推動作用。做好汽車焊裝工藝測控自動化控制技術的研究和應用有助于提高各汽車生產廠商提高車身焊接的效率和質量。本文在分析汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統特點的基礎上對汽車焊裝車間生產線測控自動化控制系統的硬件組成和軟件編制中需要注意的問題進行了闡述分析。

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