基于PLC的汽车焊装生产线控制系统设计策略

戴子臣

[摘    要]随着科学技术的不断发展，汽车焊装生产线也实现了自动化控制。尤其是自PLC技术的应用以来，汽车焊装生产线自动化控制效果更是得到了全面提升。而在具体的生产线自动化控制过程中，以PLC为基础的自动化控制系统发挥着至关重要的作用。为实现汽车焊装生产线的良好控制，满足汽车制造中的实际焊接需求，文章以PLC为基础的控制系统设计进行分析，为该系统的良好设计与应用提供参考。

[关键词]汽车制造;汽车焊装;焊装生产线;PLC控制系统;系统设计

[中图分类号]U468.22 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）12–00–02

Design Strategy of Automobile Welding Production Line Control System based on PLC

Dai Zi-chen

[Abstract]With the continuous development of science and technology， the automobile welding production line has also realized automatic control. Especially since the application of PLC technology， the automatic control effect of automobile welding production line has been comprehensively improved. In the specific production line automation control process， the automation control system based on PLC plays a vital role. In order to realize the good control of automobile welding production line and meet the actual welding needs in automobile manufacturing， this paper analyzes the design of control system based on PLC. It is hoped that this analysis can provide a reference for the good design and application of the system.

[Keywords]automobile manufacturing; automobile welding; welding production line; PLC control system; system design

1 PLC概述

PLC控制器具有强大的微处理、数字运算以及自动化控制功能，不仅可以对相应的控制指令进行储存，同时也可以实现控制指令的执行。其主要的组成部分包括CPU、电源、输入/输出接口、数据内存、指令内存和数字模拟转换等，在早期，PLC仅可以实现逻辑控制，所以当时的PLC叫作逻辑控制器;而随着此项技术的不断发展，其功能也实现了进一步扩充。目前PLC的主要功能包括多级通信、模拟控制、时序控制以及逻辑控制等，而其名字也改为了现在的可编程逻辑控制器。

2 汽车焊装生产线中的主要装置

2.1 焊装夹具

在汽车焊装生产线中，焊装夹具是最重要的一个工装组成部分，其主要作用是对焊装件进行定位，并将其夹紧，以此保障车身形状、尺寸及其精度与具体设计要求相符。同时，在具体的汽车焊装过程中，焊接夹具所具有的自动化程度将会对汽车的批量生产起到关键的影响作用。生产中，焊装夹具不仅可实现相应工序中的零件阻焊及其定位，同时也可以对上一道工序中的零件焊接质量进行检验和校正。因此，焊装夹具的设计与制造效果将会对整体汽车焊装生产工艺、产品质量以及生产能力产生直接影响。

焊装夹具的主要组成部分包括定位板、压板、支架以及气缸或手动形式的夹紧元件，一些焊装夹具中也设置了定位销。具体的自动化控制中，在气缸动作的情况下，焊装夹具便可实现夹紧或者是松开操作。基于此，可借助于PLC中的输出点将信号发出，以此实现电磁阀的自动化控制，完成焊装夹具的夹紧和松开动作。

2.2 焊枪

焊枪的主要作用是对汽车中的各部件组分进行焊接。焊枪的安装方式有很多种，常见的方式有移动式、旋转式、固定式、移动加旋转式安装等。因为汽车车身属于一个三维形体，所以在焊接过程中，一定要避免焊枪对周围车体产生干涉，且应该和焊点平面之间保持垂直。因此，焊枪在焊接中也需要进行三维运动。在柔性焊装生产线上，焊枪可通过三维运动机器人上的手来夹持。而在通过焊枪进行汽车部件焊接的过程中，一项不可或缺的设备就是焊接控制器，它的主要作用是在具体焊接中对焊接电流以及每一次焊接循环中的焊接时间分配等进行控制。通常焊接控制器中都涵盖了很多套规范，不同规范适合不同材料条件下的焊接控制。

在對焊枪进行自动化控制时，PLC中的输出信号主要对其进行加压控制，并实现焊接控制器的自动化启动，然后再借助于焊接控制器以及焊接变压器来进行焊枪控制，使其按照相应的规范实现焊接电流与焊接时间的合理分配。在完成了焊接之后，焊接控制器便会将完成信号输出，在PLC接收到了这个完成信号之后，便会对焊枪进行卸压控制，并使焊枪移动到新的焊接点处，循环新一个焊接过程。

2.3 输送装置

在汽车焊装生产线中，输送装置也是一项必不可少的装置，该装置主要的作用是在各工位之间进行汽车部件的输送。其主要的组成部分包括托板、输送托板的装置、机械手等。在通过PLC对输送装置进行自动化控制的过程中，可使其机械手将相应的汽车部件抓取到托板上，再通过输送托板的装置将其运输到指定的工位上，以此实现各个工位上汽车部件的自动化运输。

3 以PLC为基础的汽车焊装生产线控制系统设计分析

3.1 主要设计步骤

在以PLC为基础的汽车焊装生产线控制系统设计中，其主要的设计步骤包括以下几个方面：①需要对汽车焊装生产线上的所有生产工艺和控制要求做到全面了解，必要的情况下需要画出这个控制系统中的各项工作循环图、功能图、时序图以及流程图等，以此实现整个生产线中所有功能的全面掌握，让PLC自动化控制系统的设计与生产线工作实际相符。②按照生产线作业过程中的实际控制需求，在PLC上为输入和输出信号进行地址编号的分配。具体分配中，通常需要将现场信号和PLC输入与输出信号地址之间的对照表列出。③按照上述的对照表来设计PLC控制系统中的硬件部分，在该系统中主要的硬件设计包括电气安装接线图设计、电器元件位置图设计以及电气原理图设计等。有时也需要对控制面板以及电气控制柜进行设计，并列写好标准件以及外购件的清单。④按照具体的控制要求进行梯形图的设计，具体设计中，通常需要做好相应的标注，以此来为后续的阅读与调试提供足够便利。添加的标注应该和上述对照表中的元件標注保持一致。⑤做好程序输入，在此过程中，如果应用的是手持形式的编程器，则需要对上述梯形图进行转换，使其成为一个指令语句表;如果应用的是计算机或者是图形编程专用的便携式编程器，则可以直接借助于PLC中的编程软件来实现各种形式的自动化转换，无须通过人为的方式对梯形图进行转换。

3.2 主要控制要求

本次所研究的是某汽车焊装生产线中的自动化控制系统，因该系统的主要任务是焊接，所以在此主要对其自动化焊枪的控制进行分析。这个焊枪有两种控制模式，分别是手动控制与自动化控制。它可以对两个焊点进行焊接，当焊枪在原点位置上升的情况下，便可到达第一个焊点，而要想到达第二个焊点，且不和车体中的部件产生干涉，则需要先将原点向前移动，然后再将焊枪上升，这样便可到达第二个焊点。在这一自动化焊接的过程中，焊枪的主要动作流程包括以下：在原点位置自动启动、上升、加压、对1号焊点进行焊接、卸压、下降、向前移动、上升、加压、对2号焊点进行焊接、卸压、下降、向后移动，一直移动到原点为止。整个焊接过程中，焊枪都是通过气缸来进行驱动，而其上升、下降、向前移动以及向后移动则都是借助于两位双线圈电磁阀来进行控制。

3.3 输入与输出信号设计

为实现上述的焊装目标，在本次所研究的汽车焊装生产线自动化控制系统中，其PLC选择的是西门子公司所研发的S7-300型PLC。在通过该系统进行焊枪控制的过程中，需要对其输入信号以及输出信号加以合理设计。

输入信号设计：在该自动化控制系统中，PLC的输入信号点共有10个。具体控制中，手动与自动控制模式的转换主要借助选择开关来实现，开关上的0代表手动模式，1代表自动模式。同时也对焊枪进行了自动启动以及急停按钮的设计。除此之外，设计者也对其焊接结束和故障报警信号、焊枪上位行程、下位行程、前位行程、后位行程以及压力开关进行了合理设计，以此来实现焊枪操作全过程的自动化控制。

输出信号设计：在该自动化控制系统中，PLC输出信号点共有8个。在焊接之前，其主要的自动化控制步骤包括后退控制、上升与下降控制以及加压控制，这些控制需借助3个气缸驱动才可实现，而这3个气缸中共需要进行5个自动化控制电磁阀的设计，包括焊枪的上升、下降、前进、后退以及加压电磁阀。同时也需要对焊接继电器的启动、气源故障指示灯以及焊接过程中的故障报警指示灯进行输出信号设计，以此确保整个焊接过程的安全稳定进行。

3.4 输入与输出对照表设计

在该自动化控制系统的具体设计中，需要给每一个输入信号和输出信号都安排一个确定的地址，这样才可以有效确保PLC的自动化控制效果。以下是该系统自动化控制中的焊枪PLC输入信号及其地址对照表（表1）与输出信号及其地址对照表（表2）

3.5 系统硬件设计

在对该自动化控制系统中的硬件进行设计时，一定要根据系统的实际控制要求与选择的硬件设施，严格按照PLC输入与输出点的对照表来进行硬件设备设施的合理安排。这样才可以有效确保该系统的硬件设计效果，使其在汽车焊装过程中发挥出良好的自动化控制作用，以此实现汽车焊装作业的自动化，显著提升焊装效率与质量。

4 结束语

在汽车焊装过程中，焊装生产线的自动化控制是确保焊接质量、提升焊接效率的关键。而在其自动化控制过程中，PLC所起到的作用至关重要。基于此，在具体的汽车生产制造过程中，制造企业与相关的技术人员一定要加强PLC技术的应用研究，根据实际情况，结合实际需求，将PLC合理应用到焊装生产线中，并对其自动化控制系统加以合理设计。通过这样的方式，才可以让汽车焊装生产线得到良好的自动化控制，充分满足当今汽车焊装作业的实际需求，促进汽车制造行业的自动化与智能化发展。

参考文献

[1] 戎泽炜.汽车焊装车间自动化控制技术[J].内燃机与配件，2019（15）：36-37.

[2] 林用满.基于汽车焊装车间自动化控制技术分析[J].南方农机，2019（13）：37.