基于PLC的汽車車身激光焊接控制系統分析

周傳佳 陳功

摘要：隨著社會經濟的快速發展，人們日常生活水平的不斷提升，促進了汽車工業的進一步發展。汽車工業技術水平和生產規模不斷提升，現代化汽車生產企業的發展重點在于生產成本的降低，汽車制造水平的提高，提高生產的綜合效益。激光焊接技術在汽車制造焊接中得到了廣泛的應用。相比于傳統的點焊方式，激光焊接具備較高的智能化水平。

關鍵詞：PLC;汽車車身;激光焊接;控制系統

一、基于PLC的汽車車身激光焊接控制系統結構

PLC 屬于汽車車身激光焊接控制系統核心部件，本文設計的焊接控制系統整體結構示意圖即如圖1所示。基于PLC激光焊接控制系統中執行機構分為伺服機和驅動模塊。控制系統內模擬量主要由傳感器生成，其中包含了動態化反饋焊接參數，傳感器完成參數的傳輸。控制系統內上位機的組成包括人機交互界面和工控機，MPI/DP通信主要為PLC與上位機、人機交互界面之間相互連接的媒介，基于PLC汽車車身激光焊接的信息顯示與監控主要由MPI/DP通信完成。

二、PLC的汽車車身激光焊接控制系統設計

（一）PLC的硬件設計

PLC硬件設計主要包括中央處理器、存儲器、輸入輸出、電源以及編程器等（如下圖所示）。其中，中央處理器以下簡稱為CPU，屬于PLC的核心。在系統程序控制的基礎上，CPU能夠充分的發揮出協調系統結構運行、邏輯運算以及數學運算等各項實用功能。存儲器主要用于儲存激光控制系統程序、用戶程序以及數據模塊等。系統存儲器與用戶存儲器屬于系統可編程控制器的主要存儲器，系統存儲器主要完成系統管理程序的儲存，用戶存儲器主要完成用戶控制程序的儲存。而輸入和輸出接口主要用于PLC內CPU和外界設備與現場設備之間的有效通信，獲取現場工作信號主要通過輸入接口實現，信號經由輸出接口傳輸，完成現場部件的控制。PLC需要使用符合標準的統一電平，PLC通過輸入接口的電路當中輸入單元來實現輸入電路電平的轉換，PLC完成后續的各項操作。開關、傳感器以及按鈕等部件設置于PLC的輸入接口位置。PLC的輸入電路主要分為RC濾波器、光耦合器隔離等，輸入點抖動與外部噪聲通過RC濾波器解決。輸出電路選擇繼電器來輸出，輸出端子所有都是獨立輸出，沒有公共點的連接，輸出端子屬于獨立回路。系統電源模塊中，掉電保護電路主要儲備必須的供電電源以及PLC處于不同運行模式下的開關電源。編程器屬于PLC的重要組成部分，系統選擇智能編程器，編程器具備了用戶程序寫入功能，按照程序檢測結果來調整優化用戶程序，并且實時監控PLC的運行狀態。汽車車身激光焊接系統人機交互主要由編程器與CPU之間連接來完成。

（二）PLC通信控制軟件

系統內部焊機控制和汽車車身焊接的生產線控制屬于兩個獨立的模塊，因此為了確保兩者的相互通信，保證汽車車身激光焊接的正常運行，必須做好PLC通信控制軟件設計。設計問答型串口當做PLC的通信模塊。焊機與PLC之間的正常通信主要利用了起始符、BBC檢驗碼以及結束符等保證。當外界存在干擾情況時，容易造成動作指令出現執行錯誤情況，而通過BBC校驗碼能夠解決上述問題，以此來最大程度上的降低通信的誤差。發送指令可以把字符串ASCⅡ碼完整傳輸到接收方，需要以字節為單位字符串相應ASCⅡ碼來進行異或合操作，接收方在完成指令接收后，進行字符串相應ASCⅡ碼的異或合操作，對比實際值與發送結果，驗證激光焊接通信的正確性。系統啟動之后，機器人控制器與PLC會上電復位，隨后掃描各個部件的開關和夾具位置，傳感器獲得掃描結果。PLC軟件的預設動作開始準備便可以與焊機之間通信，PLC給焊機傳輸相應的焊接命令，比較控制器存儲器當中的指令與焊接命令，執行焊機位姿轉換以及焊接操作。

（三）激光焊接頂鍛階段軟件控制

汽車車身激光焊接在完成之后，利用最少時間間隔在焊接位置施加較大的頂鍛壓力，主要目的就是把焊縫當中氧化物以及液態金屬全部擠壓到外部，讓焊接接頭能夠獲得較大塑性從而充分的形變，增強激光焊接的最終效果。基于軟件程序來控制頂鍛活塞以及液壓回路。處于不同激光焊接環節，準確掌控頂鍛缸的具體位置，能夠利用激光模式信號與反饋信號的對比來完成。激光模式不同所產生的模式信號也有所不同，焊接物體的表面材料直接決定激光模式的信號類型，所以需要模式卡內定時焊接模式。

結束語：

綜上所述，基于PLC的汽車車身激光焊接控制系統，可以精準的控制激光焊接設備，能夠提高焊接的效果。系統利用PLC當做控制核心，CPU能夠充分地發揮出自身的功能，即協調系統運行、邏輯運算以及數學運算，給PLC向激光焊接系統發送相應指令提供支持。利用MPI/DP來完成PLC與上位機等部件的通信。利用PLC來設計汽車車身激光焊接控制系統，能夠增強控制系統整體焊接性能，保證系統的正常運行。

參考文獻

[1]馮學敏. 基于PLC的汽車車身激光焊接控制系統[J]. 激光雜志， 2020（8）：117-118.

[2]呂志海， 田全榮， 王文雅. 基于PLC的汽車焊裝線控制系統設計[J]. 科技風， 2018， 000（025）：28.

上汽大眾汽車有限公司南京分公司