自動(dòng)化氣動(dòng)控制在汽車行業(yè)的應(yīng)用

吳金旭　張亞軍　高其虎　陳爭(zhēng)光　畢平安　王晨陽

摘 要：汽車行業(yè)中氣動(dòng)控制裝置在車身生產(chǎn)線的定位、輸送、傳動(dòng)等廣泛應(yīng)用，其中現(xiàn)場(chǎng)總線式閥島控制多組氣缸時(shí)序動(dòng)作的應(yīng)用逐漸普及，論文重點(diǎn)針對(duì)一組閥島控制多組氣缸的應(yīng)用原理、技術(shù)特點(diǎn)及主流閥島費(fèi)斯托（FESTO）網(wǎng)絡(luò)配置應(yīng)用進(jìn)行講解。關(guān)鍵詞：一對(duì)多控制;單氣缸狀態(tài)觸發(fā);網(wǎng)絡(luò)配置中圖分類號(hào)：U466? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）02-160-03

Abstract： Pneumatic control device in the automotive industry in the production line of car body positioning， transmission， transmission is widely used， such as the field bus control valve island sequential action gradually popularization of the application of multiple sets of cylinder， paper focuses on the application of more than a set of control valve island group of cylinder principle， technical characteristics and main valve island FESTO （FESTO） network configuration application were explained.Keywords：?One to many control; Single - cylinder state trigger; Network configurationCLC NO.： U466? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）02-160-03

1 閥島、氣缸介紹

1.1 閥島基本控制原理

作為控制氣缸動(dòng)作的控制元件，常用的兩位五通電磁控制及三位五通電磁控制，氣動(dòng)電磁閥閥島多為并排鏈接安裝在閥座上，閥島線圈一般為24VDC由PLC來控制通斷且為成對(duì)出現(xiàn)，PLC的控制可分為兩種，一、有繼電器輸出的普通OUTPUT模塊通過外部硬線控制中繼KA，再由繼電器觸點(diǎn)來控制閥島線圈的通斷;二、PLC與閥島以通訊控制的方式，將閥島線圈直接組網(wǎng)到PLC的遠(yuǎn)程I/O模塊中，設(shè)置具體的物理地址，有PLC程序直接控制。

1.2 氣缸動(dòng)作原理

作為氣動(dòng)控制的執(zhí)行元件，常用為單缸控制（在機(jī)器人氣動(dòng)焊接應(yīng)用上也有用到雙缸控制形式），組成有缸體、活塞盤、活塞桿以及由活塞桿鏈接的外部夾爪、推頭等，電氣方面一組磁性檢測(cè)開關(guān)來反饋氣缸的打開及關(guān)閉到位。

2 一對(duì)多控制應(yīng)用原理

用PLC在做現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用時(shí)，在同一工位1#閥控制3組氣缸，2#閥控制4組氣缸，為保證編程效率設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)采用同一個(gè)功能塊（如上圖），但是由于實(shí)際控制氣缸數(shù)量不同，在程序設(shè)計(jì)架構(gòu)上要能夠分層處理和分析。

2.1 氣缸邏輯控制

上圖中功能塊顯示的是一個(gè)閥島控組4組氣缸的動(dòng)作指令，其中C-Amount代表現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣缸控制的數(shù)量為3個(gè)，當(dāng)滿足前置條件后，PLC觸發(fā)氣缸打開命令（OPEN_CMD）或關(guān)閉命令（CLOSE_CMD）。

2.1.1 打開啟動(dòng)命令

當(dāng)滿足前置條件后，PLC觸發(fā)氣缸打開命令（OPEN_ CMD）為ON，且關(guān)閉指令和泄氣指令為OFF時(shí)，氣缸打開動(dòng)作保持信號(hào)被置位，執(zhí)行打開命令及動(dòng)作，當(dāng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)打開到位后，打開動(dòng)作保持以及動(dòng)作命令復(fù)位為0。

2.1.2 打開到位反饋

采用的氣缸數(shù)量不同，滿足氣缸打開到位的前置條件就不一樣;以氣缸數(shù)量C-Amount為3，則PLC能流通過紅線路徑接通線圈，當(dāng)氣缸數(shù)量C-Amount為2時(shí)，PLC能流通過藍(lán)色路徑接通線圈。

2.2 氣缸不到位故障檢測(cè)

2.2.1 故障觸發(fā)

打開命令已發(fā)出但打開到位信號(hào)在設(shè)定的動(dòng)作時(shí)間內(nèi)沒反饋，則觸發(fā)打開故障報(bào)警。T2定時(shí)器置位故障報(bào)警信號(hào)，待故障修復(fù)氣缸再次打開到位后，故障報(bào)警消除。

2.2.2 故障氣缸判定

夾具氣缸總故障為前置條件，任何一個(gè)氣缸的打開到位信號(hào)為OFF，則觸發(fā)故障報(bào)警，閥島控制3個(gè)氣缸則程序執(zhí)行三次判定。

2.3 氣缸抖動(dòng)產(chǎn)生的誤報(bào)警

當(dāng)氣缸打開或夾緊到位動(dòng)作完成且執(zhí)行命令已復(fù)位后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（5S）內(nèi)出現(xiàn)打開到位和關(guān)閉到位同時(shí)為ON或OFF的狀態(tài)時(shí)，觸發(fā)氣缸故障報(bào)警。具體哪一組氣缸出現(xiàn)故障同“2.2.2—故障氣缸判定”。

3 閥島網(wǎng)絡(luò)配置應(yīng)用

3.1 閥島現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置

3.2 DEVICENET現(xiàn)場(chǎng)總線

圖示為DEVICENET現(xiàn)場(chǎng)總線的三種物理接口形式，紅色線為24VDC，黑色線為0V，白色線為CAN-H，藍(lán)色線為CAN-L，裸線為屏蔽層。若CPX位于終端位置，應(yīng)加裝總線終端電阻（121歐±1%，0.25W）。如果使用了T分支結(jié)構(gòu)建議將終端電阻安裝在T分支的閑置輸出端上。

3.3 供電電源的針腳分配

負(fù)載電源的常用兩種接口模式，電源供給主要分兩個(gè)部分，一部分為系統(tǒng)電源（VEL/SEN為電子裝置及輸入模塊傳感器的接口電源，VVAL/OUT為閥負(fù)載電壓和輸出端負(fù)載電壓）。

3.4 網(wǎng)絡(luò)地址分配

CP通用型電氣輸入輸出模塊和其他現(xiàn)場(chǎng)總線模塊的地址分配原則一致，數(shù)字量輸入輸出模塊每個(gè)通道為1個(gè)位的BOOL量，AI/AO模塊為1個(gè)WORD的占有量。氣動(dòng)閥島MPA的分配應(yīng)現(xiàn)在氣動(dòng)接口模塊的DIL開關(guān)上設(shè)置氣動(dòng)輸出線圈的數(shù)量（8/16/24等）。

3.4.1 地址設(shè)定的基本原則

3.4.1.1 輸入端地址分配與輸出端互補(bǔ)干擾

3.4.1.2 采用標(biāo)準(zhǔn)EDS文件：從左向右依次遞增，與模塊類型有關(guān)，與現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)地址無關(guān)

3.4.1.3 如果狀態(tài)位和輸入輸出診斷接口未激活，現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)就應(yīng)作為0輸入和輸出的模塊處理

3.5 診斷和故障處理

CPX終端可以提供5種狀態(tài)診斷和故障處理方式，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際解決問題中，通過LED燈狀態(tài)指示來對(duì)問題進(jìn)行判斷是常用的一種方式，這里將對(duì)其進(jìn)行展開討論。

3.5.1 PS（POWER SYSTERM）-傳感器/邏輯電源

正常狀態(tài)下LED燈常亮綠色，當(dāng)工作電壓/傳感器電源處于過載、欠壓及內(nèi)部保險(xiǎn)絲起用時(shí)LED指示燈閃爍，工作電壓及傳感器電源未接時(shí)，LED燈熄滅。

3.5.2 PL（POWER LOAD）-負(fù)載電源（輸出端/閥）

當(dāng)系統(tǒng)電壓處于過載、欠壓時(shí)LED燈閃爍，正常時(shí)LED燈常亮。

3.5.3 SF（SYSTERM FAULT）-系統(tǒng)故障

當(dāng)出現(xiàn)不同等級(jí)的系統(tǒng)故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不同頻率的LED燈紅色閃爍情況，無故障時(shí)LED等熄滅。

3.5.4 M（MODIFIY）-修改參數(shù)或強(qiáng)制激活

軟硬件不匹配時(shí)LED燈呈黃色，強(qiáng)制激活時(shí)，LED燈呈黃色閃爍。

3.5.5 MS（MODULE STATUS）-模塊狀態(tài)

總線未接通時(shí)LED燈熄滅，運(yùn)行正常時(shí)LED燈常亮綠色，硬件配置缺失不完整時(shí)LED燈綠色閃爍，正在完成或修正配置時(shí)LED燈紅燈閃爍，不可排除故障時(shí)LED燈紅燈常亮，?? CPX終端自檢時(shí)LED紅綠燈交替閃爍。

3.3.6 NS（NETWORK STATUS）-網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)

CPX終端不在線LED燈熄滅，CPX終端在線但未與PLC建立通訊時(shí)LED燈綠燈閃爍，現(xiàn)場(chǎng)總線連接正常時(shí)LED燈綠燈常亮，一個(gè)或多個(gè)I/O通訊超時(shí)LED燈紅色閃爍，CPX設(shè)置不允許的站點(diǎn)地址及總線關(guān)斷時(shí)LED燈紅色常亮。

3.3.7 IO（I/O STATUS）-輸入輸出狀態(tài)

總線接口的邏輯電源未接通LED燈熄滅，運(yùn)行正常時(shí)LED燈綠色常亮，IO模塊通過PLC組態(tài)完成但不在運(yùn)行模式時(shí)LED燈綠色閃爍，出現(xiàn)輸入輸出點(diǎn)故障時(shí)LED燈紅色閃爍，當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)制斷開或不可排除故障時(shí)LDE燈紅色常亮。

4 結(jié)論

以上是利用奇瑞商用車河南有限公司30JPH涂裝生產(chǎn)線，對(duì)氣動(dòng)夾具控制核心原理及閥島網(wǎng)絡(luò)配置功能的研究，文章描述過程中不免有不足之處，敬請(qǐng)同行給予指正。

參考文獻(xiàn)

[1] CPX-FB11現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)電子裝置說明書.