6AV2124-0QC02-0AX1安装调试

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0前言

汽车制造业的自动化生产线早可追溯到20世纪20年代的福特生产线，历经了手工——(半)自动刚性——(半)自动柔性生产线等不同发展阶段。目前，流行了半个多世纪的美国福特公司的单一品种、大批量生产模式已被日本丰田公司的多品种、中小批量生产模式所替代。随着汽车T业的发展和自动化水平要求的不断提高，焊接机器人在汽车白车身制造中得到了越来越多的应用。在汽车行业的制造模式步入按用户要求进行柔性加1二的精益生产阶段，激光焊接技术正向高速度、、高柔性、、智能化、集成化的方向发展，基于激光焊接机器人的白车身生产线系统的开发具有十分重要的意义。

PLC是一种实现控制功能的工业控制计算机，由于它具有功能强，性高，环境适应能力和抗干扰能力强，以及接线简单，编程灵活、方便等特点，因此在各类生产线的控制系统中得到了广泛的应用。本文从自车身系统实际出发，用PLC设计了白车身生产线的控制系统与机器人进行通讯，满足了系统顺序控制的要求。

l 白车身系统的组成

白车身是指尚未进入涂装和内饰件总装阶段之前的车身，它是轿车的动力系统、行驶系统、电气系统、内外装饰件等轿车子系统的载体，是轿车动力性、舒适性.平顺性等性能的载体，是轿车外观形象、外观质量的载体。因此，轿车白车身制造是轿车总车制造中一项关键的制造技术。本系统针对白车身的车门部分进行焊接加工设计。如图1所示，工位为小件焊接，负责焊接玻璃导槽、防撞杆。二工位为内板焊接，负责焊接铰链加强板、门锁加强板、内装饰带加强板。三工位为内板焊接，负责焊接玻璃导槽、外装饰带加强板、防撞杆，焊接完即成内板总成。四一位为外板焊接，负责焊接外板窗框，焊完即成整个车门。台机器人负责，四这两个工位的激光搭接焊，二台机器人负责二、三两个工位中的激光填丝焊。生产线的物流方式，均采用液压手推车，搬运方式均采用人工搬运。系统中两台激光焊接机器人共用一个激光焊接器，采用分时操作的方法，即在同一时间内只有一台机器人使用激光器工作。为了保证整个生产线T作的效率，另一台机器人则可以进行不需要使用激光器的位姿操作。

2基于PLC控制系统的组成

焊接生产线控制系统结构如图2所示，主要由激光焊接机器人及控制器、PLC控制系统、夹具系统、助力臂系统和现场监控系统组成。系统通过PLC控制器控制激光焊接机器人及夹具系统按程序设定的顺序动作，实现车门按照规定的工艺流程进行加工;控制焊接机器人激光器的功率按照焊接工艺要求进行调节;控制焊接机器人的激光器按照操作顺序要求进行分时调节，实现一个激光器为两个激光焊接机器人供光。现场监控系统实时监控、记录激光焊接机器人的运行状况，并能对加T轨迹进行实时跟踪。在电气柜操作台上装有PLC的运行状态指示灯以及对系统进行手动控制的按钮。

3 PLC控制系统的设计

PLC在整个生产线中处于的控制地位。负责协调机器人和夹具、机器人与激光器、机器人与焊接电源的动作，并对现场按钮与显示灯进行控制。PLC与机器人的通讯是整个系统的关键，同时PLC能对夹具体的软件进行自动识别，大地方便了对系统夹具体的维护和对生产线功能的扩展。PLC软件的模块化编程对系统稳定性起到了重要的作用，也大地方便了对系统的调试和检测。

3.1 PLC的硬件设计

系统有4个工位。每个工位上装有一套夹具，每套夹具上的气缸为一组，由一个三位五通电磁换向阀来控制。每个气缸配有两个位置传感器(干簧管磁性开关)，为了方便对夹具体进行识别，每套夹具上气缸的数量不一样，根据位置传感器数量的不同来进行夹具体的区分。气缸个数多为7个(为4，5，6，7)，故整个生产线的气缸位置传感器的输入点多为2×(4+5+6+7)一44点，每组气缸由一个三位五通电磁换向阀来控制，4个工位共需要2×4—8个控制输出点。加上机器人的通讯接口和夹具体识别的8个输入按钮以及系统的各类显示灯，总输入输出点不过200个。考虑系统的可扩展性和稳定性，选用性价比较高的西门子S7—200系列PLC作为本生产线的控制器。

S7—200采用模块化设计，紧凑的结构、良好的扩展性、低廉的价格，强大的指令以及大的输入输出电压范围，使其在解决工业自动化问题时，具有很强的适应性。由于整条生产线的4个工位布局紧凑，PLC与I/o的距离较近，不需要采用远程I/o模块，每个工位上气动阀的动作信号和气缸位置的检测信号都与PLC的I/o口直接相连。同时，电气柜操作台上的按钮和状态指示灯也直接与PLC的输人输出口相连接，故选择S7—200的CPU226和扩展模块EM222、EM223，就能满足系统控制的要求。具体I/O对现场按钮与显示灯进行控制。PLC与机器人的通讯是整个系统的关键，同时PLC能对夹具体的软件进行自动识别，大地方便了对系统夹具体的维护和对生产线功能的扩展。PLC软件的模块化编程对系统稳定性起到了重要的作用，也大地方便了对系统的调试和检测。

3.1 PLC的硬件设计

系统有4个工位。每个工位上装有一套夹具，每套夹具上的气缸为一组，由一个三位五通电磁换向阀来控制。每个气缸配有两个位置传感器(干簧管磁性开关)，为了方便对夹具体进行识别，每套夹具上气缸的数量不一样，根据位置传感器数量的不同来进行夹具体的区分。气缸个数多为7个(为4，5，6，7)，故整个生产线的气缸位置传感器的输入点多为2×(4+5+6+7)一44点，每组气缸由一个三位五通电磁换向阀来控制，4个工位共需要2×4—8个控制输出点。加上机器人的通讯接口和夹具体识别的8个输入按钮以及系统的各类显示灯，总输入输出点不过200个。考虑系统的可扩展性和稳定性，选用性价比较高的西门子S7—200系列PLC作为本生产线的控制器。S7—200采用模块化设计，紧凑的结构、良好的扩展性、低廉的价格，强大的指令以及大的输入输出电压范围，使其在解决工业自动化问题时，具有很强的适应性。由于整条生产线的4个工位布局紧凑，PLC与I/o的连接见图3。

图4是PLC输入输出点的接线图。为表达清晰，图中只列出一部分输入输出点进行说明。10.0为手动自动切换按钮输入，按下为自动操作，系统将按照自动程序模块运行，此时手动操作的按钮失效;断开为手动操作，可通过手动按钮对系统进行控制。Io.2～10.5为工位到四工位的单操作按钮，能对系统进行单个工位的操作调试。11.o～12.1为位置传感器，检测气缸的动作位置。12.3为温度传感器，对系统起限流保护作用。12.2为压力传感器，有一定的压力允许范围，当系统压力出允许范围时，传感器就会自动切断整个生产线电源，避免事故发生，对系统起保护作用。系统的输出QO.1～QD.4通过控制2个三位五通电磁阀来控制气缸的伸缩，进而控制央具体的夹紧和松开。Q1.O～Q1.4为气缸的位置显示灯，当气缸到达设定的传感器位置时，绿灯亮表示系统的操作运行正常。而在操作指令完成后的设定时间内仍未到达设定位置时，则闪烁红灯进行提醒，系统同时启动报警程序。Q1.5～Q1.7为系统运行状态的三色指示灯，显示当前系统的工作状态，方便操作人员进行操作。

3.2 PLC的软件设计

3.2.1 PLC与机器人的通讯协议

在生产线中PLC与机器人控制器分别编程，PLC与机器人的通讯是整个生产线的问题，定义好PLC与机器人的通讯协议很关键。PLC与机器人之间采用问答式的串口通讯(通讯数据的组成由下表1，表2所示)。PLC发送给机器人的指令内容是通知机器人执行焊接或者是位姿操作的不同动作，机器人发送给PLC的指令内容则是通知PLC机器人执行相关动作的完成情况。

PLC根据机器人的通讯指令进行下一步的操作。整个通讯的性由起始符，BCC检验码和结束符来保证。在串口的通讯过程中，指令有可能受到任何的干扰而使原来的数据信号发生扭曲，此时的指令当然是错误的，为了侦测指令在传输过程中发生的错误，接收方对指令作进一步的确认工作，以防止错误的指令被执行，简单的方法就是使用校验码。BCC校验码的方法就是将要传送的字符串的ASCII码以字节为单位作异或和，并将此异或和作为指令的一部分传送出去;同样地，接收方在接到指令后，以相同的方式对接收到的字符串作异或和，并与传送方所送过来的值作对比，若其值相等，代表通讯正确。

3.2.2 PLC与机器人的交互软件设计

系统启动后，PLC与机器人控制器上电复位，对系统夹具的各传感器初始状态和各按钮的开闭状态进行扫描，将检查结果同程序存储中的模块参数进行比较，选择参数一致的模块执行，同时控制三色灯显示生产线目前的工作状态。PLC软件模块设定的动作完成后与机器人通讯，机器人控制器根据PLC的通讯指令，通过与控制器存储器中的相关指令进行比较，选择执行对应的模块程序，进行焊接作业或者位姿操作。在焊接时，机器人控制器通过控制焊机激光器的电源电流的大小和通断时间来实现既定的焊接工艺参数，按照程序既定的焊接路径进行焊接。机器人完成相应操作后通过通讯端口与PLC通讯，通过相应的通讯指令通知PLC操作完成。

PLC系统采用模块化编程的方式，将各个不同的立操作编写成不同的子程序模块，通过有条件的选择和调用来实现我们顺序控制的要求。这样可以大大简化控制软件的设计，使软件设计和调试具灵活性，提高了系统运行的性，保证整个系统协调、有序地完成焊接要求。

3.2.3夹具体的自动识别软件设计

PLC对夹具的控制实现了夹具体的自动识别。每套夹具上的气缸数量不一样，电磁阀的数目不一样(根据每套夹具体气缸分组情况而定)，而且气缸存在使用和不使用的问题，气缸的到位情况也有检测和不检测之分，根据这些参数构成夹具体的控制字，对夹具体进行区分和编号存储。在控制台上设置8个控制开关按钮作为夹具体的编号输入，通过显示屏进行夹具体的编号显示。在PLC程序上，每次程序循环中都对夹具编号的输入点进行扫描，并放入暂存区，同时与记忆区中的夹具编号进行比较。如果两者相同，则表明该工位上的夹具状态正常，任何动作，直接执行相应的程序模块;如果不同，则提示夹具编号变化，需操作员确认，此时又分为两种情况：有新夹具换上工作台，且系统已经正确识别出新放入的夹具的编号，那么操作员需要在触摸屏上确认该夹具编号的正确性。

如果放上的夹具以前在该系统中使用过。则需对该夹具的控制字进行正确设置后写入PLC数据区;如果该夹具曾经在本系统中使用过至少一次，即数据区中保留有该夹具号对应的控制信息，那么操作员在确认夹具编号后，该夹具的控制信息会由系统以间接寻址方式自动调用出来，并显示在触摸屏上，确认无误，即可开始生产。由于硬件故障(连线断裂、网络故障等)造成自动识别出的夹具编号与实际不符时，(识别出错)可通过强行写入正确夹具编号的方式来让系统进入正常工作模式进行生产，待完成任务后再进行维修等操作

0 前言

液力变矩器是液力传动的一种形式，由于它具有许多优越的性能。在现代轿车和叉车工业中得到广泛应用。液力变矩器工件生产过程复杂、制造难度大。作为其生产过程关键步骤之一的上盖和泵轮的合成焊接加工也具有相当高的技术含量。工业用液力变矩器由于转速高、承受力矩较大，已全部采用焊接(上盖和泵轮焊接成一体)。实际生产中，为了便于两个壳体的环缝焊接，先使两个壳体相对固定准确、误差小。该焊接加工过程解决两个基本问题。，为保证液力变矩器的变矩和传动性能，其形状和尺寸参数都是经过具体计算确定的，要求较高，而焊接加工时由于应力和变形的作用必然造成上盖和泵轮之间的对中误差。焊接过程保证上盖和泵轮满足相当的同心对中精度。其次，为提高液力变矩器的耦合性能，现代液力变矩器都增设了锁止机构。锁止机构的动作过程要求涡轮输出轴套后与上盖内表面保持一定的间隙，该间隙也有尺寸要求，控制上盖和泵轮的焊后同心对中精度和间隙对于液力变矩器的实际生产过程具有特别重要的意义。

在此选择基于PIE控制的自动环缝焊机来解决液力变矩器的焊接难题。本研究应用于实践中可以明显提高液力变矩器的焊接效率和焊接质量。

在多方调研基础t，提出了数控自动焊机设计方案，采用数控技术并配以稳定性较好的工控器件使设备具性和实用性。与市场上的同类机型比较，其优势是：采用数字控制电机驱动，定位准确，可以实现任意分度的焊接。

1设备研制的技术要求与主要参数

1.1 技术要求

额定电压380 V(三相);额定功率54 kW;气源压力0.5 MPa。

1.2主要技术参数

(1)焊接速度3—10 mm/s;(2)生产节拍30件/h(焊接速度7ram/s);(3)承载焊接电流600A;(4)工件大质量60 kg;(5)j维微调有效行程120 mmxl20 minx100 mm;(6)下行程200 mm。

2 自动环缝焊机工作原理、工艺流程和控制要求

自动环缝焊机采用PIE为控制系统，机械构件主要包括定位夹紧装置、驱动装置和焊接装置部分。通过PLC控制系统协调这几部分的工作，从而实现焊接。采用横焊T艺、工件旋转、焊同定(相对)的焊接方式，考虑焊接变形的控制，采用3只焊同时焊接，特殊需要时也可以1只焊焊接。

2.1 下机构

焊夹持机构多维可调，具体传动方式为：气缸一微调装置一夹机构一焊。其中采用了精密导向气缸，以保证下精度。

2.2驱动工件旋转机构

驱动机构采用可控无级调速电机，能够随时调节速度，通过调节速度来保焊接质量。通过自控系统可以调节其参数，在生产过程中可以实现自动化。在变换工件时能够方便的改变其中的参数，达到优化的目的。

具体旋转部分传动方式为：步进电机通过工装驱动工件旋转;工装与用户做平衡所用工装相同具有较高的定位精度。

2.3压紧机构

整个压紧机构采用气缸来驱动滑块在直线导轨进行上下动作，同时从的角度考虑保证在停气、断电的特殊情况下动作不会失灵。为保证焊机能够稳定工作，设计专门夹具来保证焊接工件的同心度要求。采用如下工艺流程来控制焊接过程质量。该设备采用人工上、下料进行焊接;在设计范围内，根据不同工件的外形尺寸可实现自动批量焊接。

在焊接开始前，将工件的下半部分手动放置在回转定位丁二装内安好定位销，再将工件的上半部分放置在工件的下半部分止口中定位好后，旋转1/3旋钮，选择1(其他两台焊机电源关闭)或3焊接(3焊机电源全部打开)，使设备进入焊接准备状态;按下工件压紧按键将工件压紧;按下起动按键，程序开始运行，工件旋转、下、焊接、工件停止旋转、提、压紧机构提升、卸料，一个循环完成。

3控制系统硬件设计

本自动焊机不仅能够满足工件的焊接质量，而且要求能够实现全自动化，由于该控制系统所要控制的动作步骤复杂、控制精度要求高，采用PLC工业处理器、光电耦合、电子感应传感器等元器件来实现焊接过程的自动化控制。工件的夹紧与松开，焊的前进与退出，门的开起与关闭等均采用气动控制装置来完成。控制系统主要分为以下几个部分：

主控部分、驱动部分、操作系统部分、辅助控制部分。

主控部分采用台达PLC为主控单元，焊接长度、速度可预先设定，可实现任意分度焊接。驱动部分采用步进电机以保旋转定位准确。

由工艺要求和控制技术的特点，在控制中所有的控制量、开关量和模拟量使用较多，针对焊接车间生产环境较为恶劣的特点，在选用器件时选用了抗干扰性强、性高、适用性广的PLC作为控制。选用台达公司的可编程控制器，其输入点为16点、输出点为8点，输出类型为继电器输出，可满足通断交流或直流负载。控制部分的设计为手动、自动工作等操作方式。控制系统如图1所示。

手动操作方式主要供系统调试和设备维修时使用，通过控制台台板上的手动控制按钮可分别操作各工序单进行，并设计有指示信号灯。整个系统的输入信号为数字量和模拟量，输出负载信号均为数字量(分负载信号和指示信号)。输入输出接口分配如表l所示，PLC控制原理如图2所示。

工件定位过程中完成三个方向的运动：工作台沿机床导轨在水平方向的平动、工件在水平面内的旋动和垂直方向的运动，均由交流伺服电机通过伺服驱动模块和CNC输出点相连，实现控制系统的控制指令所要求的动作过程。

控制过程所需要的工件位置信号和机床状态信号是由位置检测元件产生的，限位开关和接近开关，分别用于工件的检测，轴向限位和定位。它们分别通过接口电路与PLC相连，将各自的信号传输到PLC，作为控制的输入信号。

焊接加工过程所需要的焊接电源和相应的送丝机构都有直接的远程控制接口，可以通过接口电路接至PLC输出点。控制系统可对起弧、息弧、电流切换等进行控制。

实际电路中，由于输出点的负载能力较弱，故采用继电器输出。其负载能力取决于继电器触点的输出能力;同时可将控制电路和外围功率驱动电路分离，实现电气隔离。此外，输出电路中接入发光二管用以显示输出点是否有输出信号。

4控制系统软件设计

系统程序设计是根据逻辑流程图设计的，采用通用的梯形图语言来实现。PLC内有丰富的定时器、计数器及中断、子程序、调用等逻辑功能。在本软件中，主轴运转采用光电耦合方式在光栅片上采集信号进行记数定时，通过记数来完成环缝的周期焊接或分段焊接。在焊接中为了使焊缝接口美观，采用了前引弧后收弧功能，在软件设计方面采用了调用子程序来完成这一过程。根据以上要求设计的电焊机工作过程梯形图如图3所示。主要分为以下几个方面的设计：工件夹紧程序的设计、速度调整程序的设计、工作过程软件的设计。

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