基于PLC的汽车焊接机器人控制研究

辛攀攀

摘  要：汽车焊接机器人是汽车生产线中常用的一种焊接设备，其控制系统的好坏至关重要。文章以西门子S7-200为核心控制器的焊接生产线和焊接机器人为例，对汽车焊装生产线的自动焊接控制进行了具体的分析和研究，为汽车生产线中焊接机器人的使用和推广提供了有效的借鉴。

关健词：PLC;汽车焊接机器人;控制

引言

随着现代工业技术的迅猛发展，汽车生产的自动化水平也越来越高，尤其是在近几年来，汽车消费者的个性需求越来越强，汽车制造模式也逐渐脱离过去大批量、单一模式的生产，开始向柔性化、个性化、精益化的模式生产，汽车焊装生产线对焊接系统的自动化、智能化水平要求也越来越高。目前汽车的白车身焊接生产线通车采用的是精度高、速度快、柔性高的激光焊接机器人。文章以S7-200系列的PLC控制器控制的白车身生产线为例，对PLC控制生产线与焊接机器人高效率、高精度、高柔性的通讯和生产进行详细的论述，为PLC在汽车焊装生产线的应用和推广提供有效的技术支撑。

1 基于PLC的汽车焊接机器人控制研究

1.1 汽车焊装生产线及PLC控制器简介

PLC是目前应用非常广泛的一种可编程逻辑控制器，能够通过内部运算完成传统的继电器的逻辑控制、计时计数运算以及模拟量处理，同时还能够支持多种协议的通讯。PLC控制器在汽车生产线中应用非常广泛，在使用过程中具有功能强大、编程灵活、可靠性高的特点。

白车身是汽车其他系统的载体，在它没有经过涂装、内饰以及总装前，首先需要进行焊装，而在整个白车身的焊接过程中，车门的焊接是整个焊装工艺中的关键部分，车门焊接质量的好坏直接影响整车性能。文章以S7-200系列的PLC在车门焊接工艺中的控制系统为例，对基于PLC的汽车焊接机器人控制系统进行具体的探讨，以期为汽车的焊接生产线的改进提供技术支撑。

1.2 车门焊接控制系统及其硬件构成

车门焊接工艺通常包括两台激光焊接机器人和四个焊接工位，第一个工位主要焊接玻璃导槽和防撞杆，第二个工位主要负责焊接铰链加强板和内饰加强板，第三个工位主要负责铰链加强板和防撞杆，第四个工位主要负责焊接外板窗框。车门焊接工艺流程的控制系统主要包括PLC、操作台、夹具、气压回路以及激光焊接机器人等，PLC对整个系统进行控制，其输入信号是操作台的指令和各个传感器的信号，输出信号则由机器人、夹具气缸、电磁阀等来执行，而在整个控制系统工作过程中，对激光焊接机器人的控制是最关键的。

1.3 基于PLC控制系统的硬件设计探讨

在汽车车门的焊接过程中，需要控制的输入点有夹具系统的气缸回路，每个气缸有一个三位五通的电磁阀和两个位置传感器，还有焊机机器人的通讯接口和夹具的识别信号，而S7-200系列PLC的I/O输入点在不添加I/O模块的条件下，最多可以有200个，可以满足设计需要，所以选用S7-200CPU226、EM211数字量输入模块和EM223数量量输出模块就可以满足整个控制系统的需求。

在车门焊接过程中，激光焊接机器人进行工作时会产生大量的光和热，形成的局部高温对系统具有较大的影响，而气压回路的压力过大时会影响夹具的夹紧，所以需要添加扩展模块EM235对焊接过程中的温度和气压系统压力进行监控，一旦超过允许值，PLC控制系统就会切断电源，强行停止系统，达到保护生产性的目的。

1.4 基于PLC控制系统的软件设计探讨

在基于PLC的控制系统中，采用的是模块化的控制，焊接生产线的控制和焊接机器人的控制是相互独立的两个模块，PLC通过串口通讯来协调生产线和焊接机器人之间的关系，程序在实际执行中通过起始符、结束符以及BBC检验码来确保通讯信息的正确性。具体程序控制流程如下：控制系统启动，PLC控制焊接机器人上电复位，然后由系统对夹具位置、行程开关等传感器信号进行检测并与程序中的模块参数进行互相比对，然后由PLC进行逻辑运算后输出相应的指令，调整夹具的位置;夹具夹紧工件后，由PLC控制焊接机器人进行工作，即PLC发出相应的通讯指令，有机器人将指令与自身储存器的相关指令进行比对后，选择合适的模块程序，完成焊接动作和位姿调整，焊接过程中的焊接电流大小、通断时间都是由机器人自身的控制器完成的。

从PLC控制系统的工作过程中可以看出，PLC系统采用模块化编程，可以通过调用不同的子程序进行焊接，其模块化编程的思路不仅极大地简化了控制软件的设计，还有利于提高控制系统的稳定性、灵活性。

2 结束语

文章根据自身实践经验，以S7-200系列PLC控制白车身的车门焊接工艺流程为例，对基于PLC控制的激光焊接机器人控制系统进行了具体的研究，并从系统构成、硬件设计、软件设计等方面详细论述了PLC控制系统的特点，为PLC控制系统在汽车焊接机器人中的应用和推广提供了有力的技术支撑。

参考文献

[1]陈全，李钢，张仁斌.基于开放式体系结构的弧焊机器人控制系统设计和实现[J].制造业自动化，2004，26（9）：36-75.

[2]范小兰.基于PLC的机械手控制在MCGS中的实现[J].制造业自动化，2012（18）：6-8.

[3]潘  锟，刘波.基于S7-200PLC的汽车后桥焊接专机控制系統[J].机械设计与制造工程，2015，44（1）：62-65.