基于PLC的汽车车厢侧板自动点焊控制系统设计.pdf

、 l 勺 匕 基于P L C 的汽车车厢侧板 自动点焊控制系统设计 The con t r oI s y st em of vehi cl e com par t m ent si de pl a t e au t om a t i c s pot w el di ng bas ed on PLC cont r ol 韩以伦，王敬，张宗兵，王倩倩，焦振广 HAN Yi - l u n ，W ANG J i n g ，ZHANG Zo n g b i n g ，WANG Q J a n q i a n ，J I AO Zh en g u a n g 山东科技大学 机械电子工程学院，青岛 2 6 6 5 1 0 摘 要 为了提高汽车车厢侧板的焊接效率、焊接参数的稳定性和控制精度，结合汽车车厢侧板自动点 焊的工艺流程，采用先进的智能控制理论 模糊和PID 的复合控制及多传感器融合技术通过 对三菱F X 2 N 一 8 0 MT - 0 0 1 可编程控制器和G T 1 1 5 5 - Q S B D - C 触摸屏人机界面等控制单元的设 计 ，实现汽车车厢侧板点焊的自动化控制，人机界面的开发设计具有较好的数据显示和故障 报警功能等。实验证明该系统反应速度、控制精度、稳定性满足生产的要求。 关键词 点焊；智能控制；P L C 中圈分类号 T P 2 7 3 ． 5 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 3 1 1 I- - o l 2 4 ～ 0 3 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 3 ． 1 1 上 ． 3 6 0 引言 在实际生产 中汽车车厢侧板 点焊工艺 多采用 人工操作，严 重的降低 了生产效率增大 了工人的 劳动 强 度和 时 间，而 自动化 的点 焊工艺 具 有效 率高 ，节省材料 ，已广泛应用于航空 、航天、能 源、汽车、轻工业 、电子等领域 。尤其近年来汽 车制造业 的快速发展 ，轻卡，重卡的车厢侧板加 工过程 更多的采用 自动化焊接，对车厢侧板的点 焊工艺也提 出较高的性能要求，我们开发设计的 汽 车车厢侧板 自动化点焊焊接装置具有较好的工 艺稳 定性和较高的参数控 制精度 ，能够很好的完 成车厢侧板的 自动化焊接过程。 1 点焊工艺流程 整机主要 由机械框架、夹紧定位机构、工件进 给机构、点焊机构、错位辅助机构、加压机构、气 动系统、控制检测系统、人机界面等部分组成。 2 控制系统设计 控制 系统设计包括系统硬件设计和 系统软件 设 计 两 大 部 分 。该机 电气 控 制 系统 包括 主控 柜 ， 操作控制柜，伺服 电机 ，气动系统 电磁 阀，限位 开关 ，接近传 感器 ，各控制开关 ，声光报警装置 及光电检测装置等。 3 系统硬件设计 3 ． 1 分析被控对象并提出控制要求 开 始 ／，工件夹I紧 ＼ ， 查 ／ 苎』 伺服 电机动作 作台 查 到位 ／／ 上 下 电板 接 触 工 件 ，按程 序 放 电焊 接 伺服 电机动作 工作 台移动 上下 电机 接触l 工作 ，按程序I． 一 放 电焊接 I 卸料 完成 是 图1 点焊工艺流程 图 结合点焊工艺流程 及工作特点 ，分析 出被控 对象主要有伺服电机、电磁阀等。 收稿日期2 0 1 3 - 0 7 -1 2 基金项目青岛经济开发区科技发展项 目 2 0 1 2 2 3 8 作者简介韩以伦 1 9 6 2一 ，男，山西太原人，教授，博士，主要从事汽车电子及机电液一体化研究。 [ 1 2 4 ] 第3 5 卷第1 1 期2 0 1 3 -1 1 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 訇 似 3 ．2 确定输入／ 输出设备 输 入设 备 按钮 、位置开关 、传感器等 输 出设备 电磁 阀、信号灯、伺服 电机等 。 3 ． 3 P L C 选型 1 输入输出 I ， 0点数的估算 根据被控对象统计的输入点数为2 9 个，输 出 点数为l 4 个 ，考虑1 0 ％2 0 ％的可扩展余量后对输 入输 出点数圆整，确定为输入输 出各4 O 点。 2 存储器容量估算 数字量I ／ O点数的1 0 1 5 倍 ，加上模拟量I ／ O点 数 的1 0 0 倍 ，以此数为内存 的总字数 1 6 位为一个 字 ，另外再按此数 的2 5 ％考虑余量 ，确定 内置 R AM存储器 8 0 0 0 步 。 3 控制功能的选择 该选择包括运算功能 逻辑运算 、计 时计数 功能、数据移位、比较等运算功能、代数 运算、 数据传送等 、控制功能 顺序逻辑控制 、通 信功能 、编程功能 梯形图、语句表、顺序功 能 图、诊断功能、处理速度等特性的选择 。 4 机型的选择 P L C的类型选择 整体型 ，电源选 用2 2 0 VAC 电源，存储器为8 K存储器 ，I ／ 0 总点数 为8 0 点 ，由 于驱动的负载中有伺服电机因此选用晶体管输出 型 ，最后考虑经济性等因素此装置的P L C选用三菱 FX2 N一 8 0M T一 0 0 1 。 3 ．4 硬件系统组成 图2 硬 件系统组 成图 该 装 置主 要 元器 件 有 三 菱可 编程 控 制 器 F X2 N一 8 0 MT - 0 0 1 、三菱触摸屏G T1 1 5 5 一 QS B D C、 接近传感器、三菱伺服驱动器MR J 2 S - 7 0 A、三菱 伺服 电机HC K F S 7 3 。 3 ． 5分配l ， O 点并设计P L C b 围硬件线路 硬件 系统 的设计 包括 点焊机焊 接控制 根据 产品的形状及焊接工艺要求 以及综合考虑产能等 因 素 。选用 龙 门式 多点 焊接 专机 ，双 面焊 接 ， 机型为 DNW一4 XI O O K VA龙门式 自动多点焊专 机 。、传动控制 丝杠选用滚珠丝杠 、夹 紧 控制 各类 电磁 阀的控制 、错位控制 电磁 阀 的控制等。 根据控制要求结合点焊工艺流程I ／ O分配如图3 所示。 序 号 备 注 地 址 序 号 备 注 地 址 1 手 动 ／ 自 动 X O 0 0 2 3 定 位 升 X 0 2 6 2 启 动 X 0 0 1 2 4 定 位降 X 0 2 7 3 急 停 X O 0 2 2 5 原点 检 测 x 0 3 0 4 工 作台 进 X 0 O 3 2 6 夹紧 检 测 X 0 3 1 5 工 作台 退 X 0 0 4 2 7 定位 检 测 x 0 3 2 6 回 零 X O 0 5 2 8 料 源 检 测 X 0 3 3 7 侧 推 缸 伸 X 0 0 6 2 9 停 止 X 0 3 4 8 侧 推 缸 缩 X O 0 7 3 0 脉 冲 Y O 0 0 9 错 位 架 1 升 x 0 l 0 3 l 自 动 指 示 Y O 0 1 1 0 错 位 架 1 降 X 0 1 1 3 2 方向 Y O 0 2 儿 错 位 架 2 升 X O 1 2 3 3 零 点 指 示 Y O 0 3 1 2 错 位 架 2 降 X 0 I 3 3 4 故 障 指 示 Y O 0 4 1 3 触 头 1 降 X O 1 4 3 5 侧 推 阀 Y O 0 5 l 4 J圣 l 头 l 升 x 0 l 5 3 6 错 位 1 阀 Y O 0 6 l 5 触 头 2 降 X O I 6 3 7 错 位 2 阀 Y 0 0 7 1 6 触头 2 升 X O 1 7 3 8 触 头 1 阀 Y O I O 1 7 触 头 3 降 X 0 2 0 3 9 触 头 2 阀 0 1 1 1 8 触 头 3 升 X 0 2 1 4 0 触 头 3 阀 Y O I 2 1 9 触 头 4 降 x o 2 2 4 1 触 阍 0 1 3 2 0 触 头 4 升 X 0 2 3 4 2 夹 紧 阀 f O 1 4 2 1 夹 紧 X o 2 4 4 3 皂 l停 髓 G Y 0 1 5 2 2 松开 X 0 2 5 4 4 图3 系统I ／ 0分配表 4 系统软件设计 4 _ 1 P L C 编程算法- 脉冲量的计算 伺服马达 的分辨率是1 3 1 0 7 2 P ／ R ， 滚珠丝杠的 进给 量 为 P b 8 mm。 1 反馈脉冲的当量的计算 A Lo8 ram／ 1 31 07 2 2 指令脉冲当量为1 0 u m／ p， 电子齿轮 比的计 算 电子齿轮 比 C M X／ C D V △L S I O X0 ． 0 0 1 1 3 l 0 7 2 ／ 1 0 l 6 3 8 4 ／ 1 2 5 3 电机 的额定速度为3 0 0 0 r p m， 计算 o P t ／ 脉冲频率的 F c 3 0 0 0 X 1 3 1 0 7 2 ／ 6 0 1 2 5 ／ 1 6 3 8 4 5 0 0 0 0 Hz 4 ． 2 程序设计 1 初始化程序； 2 主程序 3 中断子程序； 4 检测、故障诊断和显示等程序； 5 保护和连锁程序； 第3 5 卷第1 1 期2 0 1 3 1 1 上 [ 1 2 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l lI5 似 4 ． 3 人机界面 触摸屏 设计 人机界面设 计的原 则 1 让用 户拥有控制 权2 减少用户的记忆负担；3 保持界面一致。 人机 界面 的设计过程是迭代的 ，包括 四个不 同的框架 活动 1 用户 、任务和环境分析 及建 模2 界面设计；3 界面构造 ；4 界面确认 。 ／ ＼ 界面确认 ／ ＼用户、 任务和环 ／／ ＼、＼【＼ ～ ／ ， ／ 界面设计 ＼＼ ～ ／ 图4人机界面设计过程 图 5 先进的控制理论／ 控制方法 1 在伺服控制系统的位置控制上采用最优模 糊模型跟踪控制方案 ，并且将其 与最优模糊控制 进行 了比较。研究结果表明，该方案 即使在大的 参数变化与负载扰动情况下 ，仍 能保持 系统输 出 最优或近似最优 ， 具有很好的鲁棒性 。 2 在对伺服控制 系统 的非线性和不确定性等 特点分析基础之上 ，保留 了P I D控制静态稳定性 能 ，结合模糊控制动 态性能好的特点，提 出了模 糊、P I D复合控制系统 ，即在误差大的时候，采用 模糊控制 ，误差小的时候采用P I D控制。 3 多传感器信息融合技术提高了反馈参数的 精度 ，提高了工作 台移位控制的跟踪能力和可靠 性，可以实现焊接位置的准确定位。 6 结论 本文主要介 绍了汽车车厢侧板点焊 的焊接工 艺过 程，结合焊接工艺过程采用先进的智能控制 理论 模糊和P I D的复合控制 和多传感器融合 技术通过对伺服驱动器，电磁 阀的控制实现伺服 电机 ，气缸等执行元件 完成整机动作秩序和各种 监测 ，数 据显示功能 。提高 了工作 台移动 的可靠 性，保证 了点焊焊接位置 的准确定位。该设备具 有较 大的推广价值 ，可以成功应用于汽车车厢侧 板焊接过程及钢窗的焊接过程 。 参考文献 【 1 ]王永华． 现代 电气控制及P L C 应 用技 术【 M】 ． 北京 4 t 京 航 空航天大学出版社． 2 0 0 4 ． 【 2 】刘贵宝． 三菱触摸屏在P L C 控制 系统 的应 用【 J 】 ．可编程 控 制器与工厂自动化， 2 0 1 0 1 1 8 0 8 2 ． [ 3 ]杨骏， 刘光汉 ． 触摸 屏结合可 编程控制 器的应 用【 J 】 ． 机 电 工程， 1 9 9 7 0 4 1 7 - 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