隨著(zhù)人們生活水平的不斷提高, 對汽車(chē)的需求量不斷增多, 并在一定程度上推動(dòng)了汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展。隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)和智能化技術(shù)的發(fā)展, 汽車(chē)制造行業(yè)實(shí)現了自動(dòng)化生產(chǎn), 并大大改變了汽車(chē)制造模式, 逐漸實(shí)現了精益化、個(gè)性化和柔性化的生產(chǎn)模式, 在汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中, 汽車(chē)焊接的智能化和自動(dòng)化水平不斷提高, 大大提高了汽車(chē)焊接質(zhì)量, 在白車(chē)身焊接生產(chǎn)中基本上都是使用激光焊接機器人, 推動(dòng)了汽車(chē)制造行業(yè)的發(fā)展。

隨著(zhù)自動(dòng)化和工業(yè)化不斷發(fā)展, 機器人以高精度和高效率的優(yōu)勢得到了廣泛的應用。在汽車(chē)制造行業(yè)中, 尤其是轎車(chē)的生產(chǎn)節拍比較快, 通常情況下都是在100秒左右。隨著(zhù)消費者對汽車(chē)質(zhì)量提出了更高的要求, 汽車(chē)制造的焊接工藝也在不斷提升, 其中的焊接速度和焊接精度逐漸提升, 由于在焊接過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生嚴重的煙塵、飛濺和火花, 對于人體而言具有一定的危險性, 如果利用人進(jìn)行焊接不僅效率低, 且危害性大, 所以自動(dòng)焊接在汽車(chē)制造中得到了廣泛的應用, 其中具有代表性的產(chǎn)物就是焊接機器人, 并在一定程度上推動(dòng)了汽車(chē)制造的發(fā)展。焊接機器人的使用不僅提高了汽車(chē)生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量, 還確保了焊接操作的穩定性。在整個(gè)制造業(yè)行業(yè)中, 汽車(chē)制造行業(yè)是早使用焊接機器人的, 焊接機器人也是應用廣泛的機器人。

由于汽車(chē)制造程序和內容比較復雜, 且焊接種類(lèi)多樣, 對焊接工藝要求高, 在汽車(chē)制造過(guò)程中, 焊接機器人主要應用在焊接比較復雜和要求較高的焊接工位, 因為這些焊接工位人工操作不僅不方便, 且也無(wú)法達到焊接要求, 所以只能依靠焊接機器人, 目前電焊機器人和弧焊機器人是汽車(chē)制造行業(yè)中應用多的機器人。

PLC就是可編程控制器, 應用非常廣泛, 利用計算機技術(shù)的運算技術(shù)實(shí)現對繼電器有效的控制, 并進(jìn)行模擬量處理和計時(shí)計數運算, 另外還能夠實(shí)現各個(gè)系統的有效通訊[1]。PLC主要是為工業(yè)行業(yè)應用而設計出的一種數字計算和運算的控制器。PLC的存儲器具有可編制程序的作用, 存儲器不僅可以進(jìn)行各種操作的指令, 還能通過(guò)模擬式和數字式的輸出和輸入, 從而實(shí)現控制各種機器的目標。PLC控制器目前在汽車(chē)制造中得到了廣泛的應用。S7-200系列的PLC不僅可以計數計時(shí)控制和控制傳統的繼電器, 還能支持多種形式和協(xié)議的通訊, 進(jìn)行模擬量處理, 應具有可靠性高、編程靈活和功能強大的優(yōu)勢, 在汽車(chē)制造領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。

汽車(chē)焊接生產(chǎn)線(xiàn)包括左工位、右工位、執行機構、焊接機器人控制系統、PLC。采取左右工位的焊接夾具的目的是可以同時(shí)實(shí)現焊接和裝卸, 且每個(gè)工位的夾具型號規格都不相同, 可根據需求更換相應的夾具使用。焊接機器人控制系統在接受到PLC指令執行相關(guān)動(dòng)作, 同時(shí)PLC又實(shí)時(shí)監控機器人的工作狀態(tài), 包括工作信號、傳感系統和指令[2]。另外, 還需要接受人機界面信號、指令開(kāi)關(guān)信號和接近開(kāi)關(guān)信號。執行結構包括定位裝置、卸料機構和夾具的夾緊機構, 執行結構全部是由控制系統進(jìn)行控制, 從而實(shí)現執行機構和機器人相互協(xié)調運作。在汽車(chē)焊接生產(chǎn)線(xiàn)中都是通過(guò)終端操作進(jìn)行控制焊接機器人控制系統, 確保每個(gè)動(dòng)作都能順利完成。

在汽車(chē)焊接生產(chǎn)線(xiàn)中, 車(chē)門(mén)焊接中需要兩臺激光焊接機器人, 四個(gè)焊接工作平臺, 每個(gè)焊接平臺都具有不同的作用, 第一個(gè)焊接平臺的主要作用是防撞桿和焊裝玻璃引槽, 第二個(gè)焊接平臺的作用是內裝飾帶加強板、門(mén)鎖加強板和焊接鉸鏈加強板, 第三個(gè)焊接平臺的作用是防撞桿和焊接鉸鏈加強板, 第四個(gè)焊接平臺的作用是焊接外板窗框[3]。整個(gè)車(chē)門(mén)焊接控制系統包括激光焊接機器人、氣壓回路、夾具、操作平臺和PLC, PLC控制器在整個(gè)焊接控制系統中占據重要地位, 通過(guò)接受控制平臺的操作指令, 并傳輸給焊接機器人、夾具和控制閥, 在整個(gè)控制系統中PLC控制發(fā)揮著(zhù)重要作用, 對焊接機器人的動(dòng)作控制特別重要。

在汽車(chē)焊接工藝組成中, 夾具動(dòng)作的實(shí)施主要是通過(guò)氣壓回路的氣缸進(jìn)行控制, 通常情況下每個(gè)氣缸上都會(huì )裝有電磁閥, 通過(guò)電磁閥控制夾具的動(dòng)作, 電磁閥的型號為三位五通。[4]每個(gè)焊接平臺上都會(huì )安裝對應的氣缸, 且每個(gè)氣缸上都會(huì )安裝傳感器, 一般情況下都是在兩個(gè)位置分別安裝傳感器, I/O輸入點(diǎn)具有52路, 另外, 還有夾具體識別信號和機器人的通訊接I/O輸出輸入點(diǎn)控制在200以?xún)? S7-200型號的PLC具有獨特的優(yōu)勢, 所以在硬件上不需要使用遠程I/O模塊。另外, 還需要兩個(gè)數字量I/O擴張模塊, 且型號分別為EM223和EM221, 主要用途就是實(shí)現數字量輸入和輸出模塊, CPU的主要用途是中心控制器數字量輸入和輸出。

另外激光焊機機器人在焊接過(guò)程中, 會(huì )產(chǎn)生大量的熱和光, 并在一定程度上影響到氣壓回路的壓力, 氣壓回路的壓力又會(huì )影響到夾具的功能, 那么為了保證夾具系統的夾緊功能, 必須要對焊接過(guò)程的溫度進(jìn)行有效的控制, 這里采用模擬量拓展模塊EM235對其進(jìn)行控制, 確保氣壓系統的壓力和溫度都能在有效范圍內, 當氣壓回路的壓力變大時(shí), PLC直接輸出斷電信號, 使整個(gè)焊接生產(chǎn)線(xiàn)停止工作, 實(shí)現了全面保護焊接生產(chǎn)線(xiàn)的目的[5]。

焊接生產(chǎn)線(xiàn)上的控制和焊接機器人的控制器是相互獨立的, 且兩者之間能夠相互通訊, 其通訊的效果將直接影響到焊接工作是否正常。機器人和PLC之間使用的通訊方式為問(wèn)答式串口通訊, 結束符號、BBC檢驗碼和起始符號保證了焊接機器人和PLC之間能夠正確通訊[6]。BBC檢驗碼的主要作用是防止因外界影響干擾而導致執行錯誤狀況發(fā)生, 保證了通訊正確。通訊是否正確通常情況下都是確認指令發(fā)送方和接受方之間的真值進(jìn)行對比, 確認ASCⅡ碼是否以字節為單位作異或和并, 真值相同那么就代表一切通訊正常。焊接機器人和PLC指令傳送圖如圖1所示。

按下系統啟動(dòng)按鈕, 焊接機器人控制器和PLC之間恢復通電, 并對所有位置的傳感器件進(jìn)行掃描, 并確認目前的狀態(tài), 然后將掃描的結果與存儲器的模塊參數進(jìn)行比較, 如果參數相同那么就可以正常運轉, 并使用存儲中的模塊進(jìn)行執行。接著(zhù)與焊接機器人直接通訊, PLC向焊接機器人發(fā)送指令, 焊接機器人控制器接受到指令后, 與焊接機器人控制器的中指令進(jìn)行對比, 如果指令相同根據PLC指令選擇模塊程序, 并執行相關(guān)動(dòng)作。在焊接過(guò)程中, 焊接機器人的控制器通過(guò)控制通斷時(shí)間和電源電流的大小, 完成焊接要求, 并根據程序按照一定的順序進(jìn)行焊接工作。在機器人完成某一個(gè)動(dòng)作指令后, 與PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊, 并根據通訊指令向PLC回復制定結果[7]。PLC在接收到動(dòng)作完成的指令后, 持續向激光焊接機器人控制器發(fā)送下一步操作指令, 然后機器人根據指令進(jìn)行操作, 按照這個(gè)順序循環(huán)下去, 直到所有的操作指令全部完成。

西門(mén)子S7-200控制器具有編程的優(yōu)勢, 使用模塊化編程, 通過(guò)調用和選擇不同的子程序模塊實(shí)現對某個(gè)動(dòng)作的控制, 并按照相應的順序進(jìn)行有效的控制。促使控制設計和調試更加簡(jiǎn)單、方便、靈活, 確?？刂葡到y更加安全可靠, 同時(shí)也保證了系統能夠有序和協(xié)調的完成焊機工藝。

本文主要以西門(mén)子S7-200系列PLC對汽車(chē)焊接機器人控制進(jìn)行研究, PLC具有編程靈活、可靠性高和功能強大等優(yōu)勢, 促使控制系統更加安全可靠, 使汽車(chē)焊接工藝實(shí)現了智能化和自動(dòng)化, 對汽車(chē)制造業(yè)來(lái)說(shuō)具有重要意義。