PLC在汽车制造生产线的应用管窥

张嘉强

摘 要：发动机是汽车制造过程中的重要组成部分，对于汽车的性能有重要的影响。汽车发动机装配线主要是用来完成发动机装配工作的。本文将根据系统控制的要求，基于PLC工作原理，设计发动机装配线自动控制系统，该系统能自动完成旋转、举升等一系列的操作，对于提高汽车发动机装配线的工作效率具有重要的影响。

关键词：PLC；汽车制造；生产线

在本系统中主体控制器使用的是PLC-300系列控制器，现场操作箱控制信号的采集是由ET200S远程I/O系统完成，ET200S远程I/O系统是专门为现场操作箱设计的。此外，在汽车发动机装配线上还安装了转台、翻转机、举升台等设备，并通过WinCC人机界面软件和工控机组成的系统对发动机装配线操作过程进行实时监控。

一、PLC概述

PLC是英文Programmable logic Controller的缩写，中文名称为可编程逻辑控制器。在可编程逻辑控制器中有可以进行编辑的存储器，其中存储着程序，可以执行逻辑运算、顺序控制等一系列的指令，并通过数字或模拟式I/O控制机械或生产过程。

PLC是一种专门用于工业生产控制的计算机，其基本结构和普通的微型计算机类似。其中主要包括电源、中央处理器、存储器、功能模块以及通信模块等部分。PLC的工作过程主要可以分成三个阶段。第一阶段是输入采样阶段。在这一阶段，PLC会将扫描到的所有输入状态和数据存储在输入/输出映象区的相应单元内，在完成数据采集工作以后，会开始执行用户程序指令。在这一过程中无论扫描到的输入状态和数据是否出现变化，输入/输出映象区中存储的输入状态和数据都不会发生变化；第二阶段是用户程序执行阶段。在这一阶段，PLC会按照从上往下的顺序扫描用户程序（梯形图），然后再进行逻辑运算，并依据逻辑运算的结果刷新逻辑线圈在存储区中的状态；第三阶段是输出刷新阶段。在PLC完成扫描工作以后，就会进入输出刷新阶段，这也是PLC真正的输出过程。

二、汽车发动机缸体装配线的工作流程

汽车发动机缸体装配线的具体工作流程如下。第一，在发动机生产线上线工位的操作工要利用电动起重机将加工好的发动机缸体吊到发动机生产线的托盘上；第二，发动机生产线上的滚道会自动将发动机缸体按照顺时针的方向运送到下一工位上，并停止在该工位上，操作工会根据发动机的型号安装零件，安装完成以后生产线上的托盘会自动将发动机缸体运送到下一工位上，继续在发动机的缸体上安装零件，完成安装以后重复上一步骤。依次类推，直到发动机缸体零件安装全部完成；第三，当发动机被运送到下线工位时，下线工位的操作工会使用电动起重机将发动机调离发动机生产线。

本文设计的发动机缸体生产线应具备下述四个基本功能。第一个是基本的运输功能，包括直线输送功能、转角输送功能（转角角度包括90度、180度以及270度三种类型）、升降输送功能以及翻转功能。此外，输送线中还应为自动加工设备的使用留有一些预留工位；第二个是要具有两种类型的工位，分别为自动加工工位和辅助工位；第三是如果自动工位加工出的发动机缸体不合格，则可以直接利用生产线上的托盘将发动机缸体运输到辅助工位上，重新进行加工，并采用手动加工的方式，只有辅助工位加工合格后才可以进入下一自动工位。如果辅助工位加工仍不合格则要下线维修，维修合格后才可以重新进入到加工主干线。

三、系统配置与功能实现

一台汽车发动机完成装配至少要经过上百道工序，安装的零件也有上百个。因此，在每个工序上至少安排一个操作工人，同时还应为其设置独立的站点，以便于操作工进行控制。每个站点控制信号比较少，一个控制箱大概要有10到20个输出、输入信号。

第一，采用分布式总线控制系统的方案，这一方案最早是由西门子公司提出来的。鉴于汽车发动机生产线的这种情况，如果将现场的信号统一接入主控柜内的控制系统中，并采用集中分布控制的方式会大大增加生产的成本，无法实现改造的要求。因此，必须采用分布式总线控制系统的方案，就近布置ET200S远程I/O系统，将现场采集到的信号直接传输到中央处理器中，不用再重新铺设电缆，大大节约了发动机生产的成本。

第二，现场传感器要接入到高IP等级的I/O系统中。在生产线上需要安装光电开关信号，但因为到控制箱的距离比较长，因此需要采用高IP等级的I/O系统ET200eco。ET200eco具有比较高的防护等级，在安装过程中不需要使用电柜，可以直接安装在生产线上。ET200eco可以直接接收现场的光电信号，并将其传输到中央处理器中，不需要再铺设电缆；

第三，发动机生产线上所有控制点的动作基本上可以分成四种，分别为停止、旋转、举升以及翻转。而控制程序必须要自动完成上述四個动作，但需要注意是操作工可以对此过程进行干预，控制动作的执行；

第四，为了保证发动机生产线操作的安全性，使用的电机必须使用直流24V接触器。发电机装配线上有很多的设备，如果出现短路现象则会严重影响装配线的正常运行，同时还会影响到其它设备的使用。因此，必须要使用直流24V供电；

第五，在装配线上还应安装工控机，随时显示当前设备的工作情况。本系统中使用的是利用WinCC软件设计的一个监控系统。该监控系统可以显示装配线中装配的数量、设备的动作情况以及各种相关数据。工段长可以通过监控系统直接看到每个工位工作的情况，如果发现某个设备出现故障则可以直接跳转到PLC程序中，从而找到故障发生的原因，这样也便于现场维护人员查找故障、维护设备。

四、采用先进的汽车发动机非同步装配线

本文中设计的汽车发动机装配线采用的是非同步装配线。在发动机装配线上输送装置是处于连续工作的状态，但在装配线上还有随性夹具，这些随性夹具是不能连续输送的，因此只有在没有夹具和工件时才能继续进行输送。非同步输送线中不同的工位之间是有不同程度的储备的，这样可以起到一定缓冲作用。为了满足快节奏生产的要求，可以在非同步输送线上将两个及两个以上的工位并联，形成一个独立工位。此外，因为在装配线上设置了缓冲区，托盘运送时间和操作时间之间没有间隔，不会影响工时，即使出现一些小的故障也会影响全线的正常生产过程。

五、总结

总之，本文设计的非同步汽车发动机生产线均是由标准组件构成的，不仅适用于汽车发动机装配生产过程，同时也适用于其他品种的输送。

参考文献：

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