白車身生產線自動化系統設計

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白車身車間主焊線涉及的工藝設備多、生產工藝複雜，只有合理可靠的電氣控制系統才能保證車身主焊生產的工藝和產品的高質量。本文闡述了白車身生產系統中PLC控制系統的硬體配置、硬體選型及系統測試。

現場匯流排是當今自動化技術發展的熱點，現場匯流排系統既是一個開放的通信網路，又是一種低成本、高可靠性的分散式控制系統。處於匯流排上的任何設備可不分類型、不限功能地對其實施集中控制和管理。PLC（可編程式控制制器）集中控制系統在上位計算機及集中控制管理器控制下可根據需要設置多個管理層次，例如設為現場控制層、中間監控層和企業管理層三個級別的管理層次。現場控制層著重實施對各類設備的實時管理和監控，進一步可建立自動化設備工藝參數選擇系統，實現自動化設備工藝參數在線智能選擇；中間監控層著重產品產量、質量統計和生產調度；企業管理層著重決策支持，建立焊接資料庫，可以以數據共享方式與企業管理網路建立信息交換，甚至與Internet連接，可實現公司、部門對生產廠的遠程監控及生產調度，真正實現管理、控制一體化。只有合理可靠的電氣控制系統才能保證車身主焊生產的工藝和產品的高質量。本文舉例闡述了白車身生產系統中PLC控制系統的硬體配置、硬體選型及系統測試。

系統硬體的選擇及使用

1.系統硬體配置

生產系統由PLC系統、工業機器人系統和人機界面等組成：PLC為羅克韋爾自動化公司的 ControlLogix5562s系統；工業機器人為FANUC R-2000iB Series，機器人控制器為R-J3iC；人機界面為羅克韋爾自動化公司的PanelView Plus 1250，採用12.1in（1in＝2.54cm）的SVGA800×600，有源陣列彩色顯示屏；伺服點焊槍為南京小原生產的C型或X型焊槍，配備FANUC公司的伺服電機。

2.PLC的選擇

PLC的CPU採用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點（包括其常開或常閉觸點）不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作，繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小於100ms。ControlLogix選型一般步驟如下：選擇I/O模塊和RTB→選擇運動控制系統→選擇網路/通信模塊→選擇CPU模塊→選擇框架→選擇電源→選擇其他(軟體、電纜和附件等)。

3.工業機器人的選擇

工業機器人控制器包括動力單元、使用者介面電路、動作控制電路、存貯器電路和輸入輸出電路。輸入輸出電路通過I/O介面電纜和外圍連接電纜，接收和傳送信號，使控制器與外圍設備互聯。選擇工業機器人需要：明確機器人的數量，每個機器人的載荷、最大操作半徑、軸數、重複定位精度和每個獨立運動軸最大運動範圍/速度；要明確機器人的安裝方式，是否需要鋼結構（如需要倒掛安裝），有無底座，機器人是否需要移動，如何移動和移動範圍，是否需要變位機等；要明確機器人配套工具的要求，如焊鉗的品牌、型號、規格和數量，焊鉗要明確氣動焊鉗還是伺服焊鉗，採用中頻還是工頻焊接等。

系統基本參數測試

1.PLC輸入端參數測試

從網路角度，整個電控系統可以分為兩層網路：第一層現場管理網是工業乙太網，主要完成編程信息和統計診斷信息的交換及處理工作。第二層現場控制網是DeviceNet，主要完成對現場各種感測器信號和執行器指令的處理和交換，要求快速準確。

從設備角度，整個電控系統分為三層：第一層設備是管理設備，包括伺服器、信息顯示、診斷設備和編程設備；第二層設備是控制器，包括主控制器PLC和其他系統控制器；第三層設備是感測器和執行器層，包括各種I/O、操作面板、變頻器、執行器和繼電器等。

2.PLC輸出端參數測試

人機界面為羅克韋爾自動化公司的PanelView Plus 1250，採用12.1in（1in＝2.54cm）的SVGA800×600，有源陣列彩色顯示屏，實時顯示生產線的狀態信息，可使操作人員在任何工位都能看到全線的生產狀況，包括每個工位的工作模式、是否完工以及安全狀態等。通過相應的畫面可以隨時了解本工段生產統計信息，包括目標產量、當前產量、每個工位的工作時間、故障時間和交接班情況等。生產信息還可以通過工業乙太網傳送到車間管理網，生產管理人員可以隨時查看目前和歷史生產情況，做出及時、準確的計劃。通過乙太網可以和上、下游輸送線的PLC進行信號通信，實現在控制層面上的無縫連接，從而實現車身輸送車間級的全自動。

3.工業機器人系統參數測試

工業機器人系統組成主要包括機器人、焊接控制器和伺服焊槍。其中機器人為標準硬體及標準軟體系統，系統參數標準，無需進行系統參數的測試，主要測試的參數為焊接控制器，其中焊接控制器為博世的BOS-5000。BOS-5000電阻焊接系統軟體優點如下：焊接與檢測一體化設計；點焊計算機可以存儲256×40套程序；控制系統和電源模塊一體化設計製造；初級電流限定內置在監控器中；次級電流檢測可以選擇初級和次級；焊接變壓器/整流迴路限定監控；IGBT的快速反應使焊接電流控制精度達到ms級；可編程的多脈衝獨立加熱或冷卻；可編程的熱量及壓力緩升或緩降；焊接壓力高低限位編程；可設定的自動報警和切斷電源；自動或手動選擇焊接參數；可設定的焊接電流監控；外接控制開關或PLC程序控制；PC機可監測和列印焊接電流、時間和壓力等參數；可編程的多脈衝獨立加熱或冷卻；工業乙太網和各種聯網方案供選；擁有方便的I/O介面與PLC和其他自動系統連接通信。

系統聯機測試

1.系統HMI主操作界面

系統HMI主操作界面如圖1所示。Fault Reset按鈕：左上角的Fault Reset黃色按鈕被按下時可複位Cell中出現的故障，但是不能複位急停，急停必須通過觸摸屏的複位按鈕複位。站選擇按鈕：Select FO120是工位選擇按鈕，選擇後，按鈕名變為FO120 Selected。按鈕上面的Manual表示此工位目前在手動狀態；Not Clear表示機器人在工作位置；Faulted表示此工位有故障未排除；Bypass表示此工位有夾頭或者工件感測器被Bypass了。

2.模式界面

在主畫面上按下Mode Screen按鈕，切換到模式選擇畫面。

把自動/手動選擇開關旋至手動位置，所有站手動。把自動/手動選擇開關旋至自動位置，每個站均可獨立地選擇自動、手動和無模式。選擇工位的自動按鈕（Auto Select），如果站內沒有故障，按鈕會黃色閃動，按HMI箱上自動啟動按鈕進行確認，工位進入自動模式後按鈕上會顯示Auto Mode，按鈕顏色黃色常亮。選擇工位的手動按鈕（Manual Select），工位進入手動模式。把自動/手動選擇開關旋至手動位置，Cell裡面無工件，滿足Tryout條件時候可選擇Select Tryout Mode。然後HMI旋轉Key打自動，自動啟動燈閃，按下自動啟動按鈕，Cell進入Tryout模式。

3.工位畫面

在區域畫面上按下表示工位的按鈕切換到工位畫面，在主畫面上按下工位選擇按鈕，然後按Station Overview Screen按鈕切換到工位畫面。如果有夾頭或者感測器出現故障，為了不影響正常生產，可以對故障夾頭或感測器進行Bypass。出現夾頭或感測器問題時，按Station Overview界面右側的Bypass Fault Switch即可。如果要去掉Bypass，按Remove Bypassed Switch。當工位有Bypass時，可以按Show Bypass來顯示被Bypass的夾頭或感測器的信息。

4.機器人畫面

在區域畫面上按下表示機器人的按鈕切換到工位畫面，在主畫面上按下Robot Screen按鈕切換到工位畫面。

在機器人處於Interlock Mode前提下，如果需要機器人去Repair位置或從Repair位置回來，或者要手動開關Process，可以進行如下操作：選中目標機器人，按下圖4中的Select/Unselect Robot按鈕，進入圖5所示界面。

5.操作畫面

在區域畫面上按下表示工位的按鈕，然後按下Scroll List Screen按鈕切換到操作畫面。當一條命令前面有綠色顯示時候，表示這條命令是可以執行的，選中這條命令，然後按下HMI箱上的DO按鈕，命令將會執行，取消執行按UNDO按鈕。手動操作一台車從FO120到FO130，選擇FO120和FO130手動模式，在FO130的Scroll List選擇Index Skid In，最後按DO按鈕直到雪橇到位。手動操作滾床降下方法：Scroll List內選擇Lower Skid Lift，最後按住DO按鈕直到滾床降到位。

6.STYLE畫面

在區域畫面上按下style Screen按鈕切換到Style畫面。按下Style Overview Screen顯示整個Cell的狀態；按下Style Select List可以選擇不同的工位。使用上下按鈕選擇工位，使用Select按鈕確認。當工位在手動模式下時，可以手動選擇Style。

手動選擇Style必須選中Style的區域（顯示綠框），通過上下按鈕選擇style號，按select按鈕確認，由於FO120需要天線孔的信息，所以必須通過右側Antenna和No Antenna。最後需要write/accept edits按鈕寫入。