汽车焊装工艺测控自动化控制技术研究

李先瑞 郝静

摘 要：汽车业是我国的支柱产业之一，在现代汽车车体的制造中主要采用的是焊接加工工艺，为确保汽车焊接加工的安全性和高效性，在汽车车身的焊接加工中应当积极引入新的汽车焊接测控自动化控制系统，以更加测控自动化、智能化、高效化和安全化的汽车焊接测控自动化控制系统来控制汽车车身的焊接加工，在提高汽车车身焊接质量的同时降低汽车车身的制造成本。文章在分析汽车焊装车间自动控制系统特点的基础上对汽车焊装车间的测控自动化控制系统进行分析阐述。

关键词： 汽车焊接；焊接加工工艺；测控自动化控制

中图分类号：U466 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）09-0051-02

Abstract： In order to ensure the safety and efficiency of automobile welding， one of the pillar industries of automobile industry is welding process in the manufacture of modern automobile body. A new automatic control system of automobile welding measurement and control should be introduced actively in the welding process of automobile body. The automatic control system of automobile welding is more automatic， intelligent， efficient and safe to control the welding process of the automobile body. The welding quality of the automobile body is improved while the manufacturing cost of automobile body is reduced. On the basis of analyzing the characteristics of automatic control system in automobile welding workshop， this paper analyzes and expounds the automatic control system of automobile welding workshop.

Keywords： automobile welding； welding process； automatic control of measurement and control

在現代汽车制造中汽车车身的焊接加工是汽车加工制造中的一个重要环节，做好汽车车身焊接质量和焊接效率的把控对于提高汽车制造企业的加工质量、降低企业加工制造成本有着极为重要的积极意义。随着测控自动化技术和信息化技术的快速发展，现代汽车车身焊接加工中通过将测控自动化技术应用于汽车焊接加工中，通过“集中监控、分散控制”的控制模式构建汽车焊装车间的测控自动化控制系统。

1 汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统的硬件构成

在汽车焊装车间的测控自动化焊接生产线中所采用的测控自动化控制主要使用的是“集中监控、分散控制”的控制系统模式。其构成可以根据汽车焊接工艺的不同将整个汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统分为多个控制环节，各控制层次之间根据控制需求的不同采用不同的网络结构和软硬件配置，用以最大限度的实现汽车焊装车间测控自动化控制，确保汽车车身焊接的质量和效率。

汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统依据控制设备主要分为上位机控制层、分布控制层和设备层等几个层级。在上位机控制层接收厂级MES信息并通过MES协调各类汽车焊装车间各生产工序，确保汽车焊装车间测控自动化焊接生产线的安全、高效的进行。汽车焊装车间测控自动化管理系统中的分布控制层主要是由分布在焊接车间测控自动化焊接生产线上的PLC所组成。各PLC分布在测控自动化焊接生产线的全线，各PLC之间依靠工业以太网进行连接建立起环网冗余结构，汽车焊装车间测控自动化管理系统的上位机控制层与分布控制层之间建立起信息交互。汽车焊装车间测控自动化管理系统的设备层主要指的是汽车焊装车间中的各类设备，如各类变频器、远程模块、传感器、激光区域扫描开关等。在现今的汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统中依托于现场总线所搭接完成的集成化控制网络已经成为了工业测控自动化控制系统的重要特点，应用于工业现场测控自动化控制的总线技术主要有Profibus、DeviceNet等。现场总线技术的应用能够极大地提高汽车焊装车间测控自动化管理系统信息传输的效率和安全性，但是需要注意的是标准现场总线仍存在着一定的问题，由于汽车焊接工序的复杂性使得汽车焊装车间测控自动化管理系统在构建连接安全光幕、激光区域扫描开关等设备或控制终端时需要加装安全继电器或安全PLC非总线控制系统来提高汽车焊装车间测控自动化控制的安全性，加装安全继电器或安全PLC非总线所造成的复杂冗余的控制状态将使得汽车焊装车间测控自动化控制受到较大的制约。在提高工业现场总线安全性和兼容性方面，世界多家著名的工业测控自动化企业合作开发了开放性和兼容性较强的PftoFIsafe、DeviceNetsafety等的新型安全总线。新型的安全总线系统与传统的标准总线系统在通信协议标准上有着较大的差异，新型的安全总线系统集合了标准PLC和安全PLC的优点，通过集成化的方式来对标准I/O和安全I/O通信进行支持，集成化的总线系统极大的简化了汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统现场安全布线。汽车焊装车间测控自动化生产系统中的各类安全监控设备可以与安全集成PLC使用现场总线进行方便的互联，完成汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统中的设备层安全控制系统的构建。安全总线系统在工业测控自动化生产控制领域中有着广阔的应用前景。在汽车焊装车间测控自动化控制中，各汽车生产厂家会结合企业自身的特点采取相应的汽车焊装车间测控自动化控制形式，对于汽车焊装车间测控自动化系统的设备层与分布式控制系统并不一定都采用的是大中型PLC实现的联网控制。在汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统的硬件组成上，各汽车生产厂家可以根据企业自身在汽车焊装车间测控自动化生产中的工艺特点选择性的对汽车焊装车间焊装线中的设备及重要的独立岛采用大中型的PLC来实现对于其的联网控制，比如在地板线、左/右侧围线以及及焊接机器人包边独立岛等。对于汽车焊装车间中的各分总成的分拼夹具出于实际及成本考虑多选用的是小型的PLC，在满足汽车焊装车间测控自动化控制需求的同时降低测控自动化控制的成本。通过合理的搭配各项测控自动化控制设备和搭建完善的测控自动化控制系统用以构建安全、高效的汽车焊装车间测控自动化控制体系，保障汽车焊装车间测控自动化焊接生产的顺利进行。

2 汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统的软件设计和编制

做好汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统的建设除了做好汽车焊装车间各测控自动化控制设备的硬件组网外，还需要积极做好汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统软件部分的编制。汽车焊装车间测控自动化系统中的上位机控制层管理系统与分布式控制层各控制设备的HMI程序的编制，各汽车生产厂家结合企业自身在汽车焊接工艺和生产设计方面的不同会对汽车焊装车间测控自动化控制程序有着不同的需求。对于汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统中所使用的大中型的PLC程序的编制，出于加强对于大中型PLC程序可靠性和可移植性等方面的考虑，在大中型PLC的程序编制时都要求相关程序具有结构化、模块化编程等的特点。在大中型PLC的程序编制中采用结构化编程方式是出于汽车焊装车间各焊装线所具有的同一功能结构单元方面所考虑的，在汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统中的大中型PLC的程序的编制时要求PLC程序都具有相同的树状结构，从而使得PLC程序具有良好的可读性和程序结构的一致性。由于各汽车生产厂家汽车焊装生产线的不同其对于汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统中的PLC程序的树状结构要求也不完全一致，在汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统中所使用的PLC程序的编制时需要结合各汽车生产厂家焊装生产线的实际特点进行PLC程序的编制，用以确保PLC程序具有良好的可读性和一致性。

对于汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统程序进行模块化的编制是基于各汽车厂商的汽车焊装车间生产线上所使用的焊接机器人具有相同或是相似的运行方式和结构特点。比如说，在汽车焊装车间焊装生产线上所采用的气缸组、焊接机器人或是气动安全门等，在对其进行控制时每个T位都采用自动/手动两种控制模式，在程序编制时对于这些相同或是相似的设备在运行过程中如具有相同或是相似的运行方式可以选用相同的中间变量或是相同的PLC处理程序对其进行控制。在汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统进行PLC程序编制时为简化程序编制结构减少程序编制的工作量，各汽车生产厂家在汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统程序编制时都要求程序采用模块化的编程方式，用以提高程序的适应性和可移植性。

在汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统程序编制的过程中需要做好不同功能程序的划分。在汽车焊装车间测控自动化生产线中将会涉及到众多的环节，在各生产环节中将需要使用不同的生产设备来承担相应的生产任务。对于不同的生产设备在生产控制程序的编制上应当结合生产设备的特点进行针对性的编制。采用模块化编程能够对汽车焊装车间生产线测控自动化控制程序按照所需控制设备的不同进行功能的划分，各功能块之间相互区分又相互联系，并不会因某一程序功能块出现问题而影响其他程序的正常运作。同时在汽车焊装车间生产线测控自动化控制程序的编制中，采用功能划分的方式也能够在程序编制和检查的过程中快速的发现程序中的错误之处，从而方便对汽车焊装车间生产线测控自动化控制程序进行纠正、修改，避免了在汽车焊装车间生产线测控自动化控制程序编制或是检查的过程中需要浪费大量的时间。同时采用模块化的程序编制在后期汽车焊装车间生产线进行升级改造或是局部设备替换时可以方便的对所对应的汽车焊装车间生产线设备的控制程序进行编制修改，从而极大的减少了汽车焊装车间生产线测控自动化控制程序的编制量并提升了汽车焊装车间生产线测控自动化控制程序的可读性。如需要对汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统进行程序更新时仅仅需要对程序局部进行修改就能够完成相关作业，提高了程序编制的效率和可靠性。汽车焊装工艺测控自动化控制技术在汽车焊装车间生产线上的应用在提高汽车焊装车间生产效率的同时也极大的提高了汽车焊装车间的焊接质量。随着信息技术和测控自动化控制技术的不断发展进步，汽车焊装车间生产线的测控自动化控制将会向着智能化的方向发展，进而使得汽车焊装车间生产线的焊接过程联系更加紧密，各工序之间的衔接更加流畅。

3 结束语

汽车焊装工艺测控自动化控制技术研究和应用对于提高各汽车厂商在汽车焊装车间生产线测控自动化控制方面的应用有着极为重要的推动作用。做好汽车焊装工艺测控自动化控制技术的研究和应用有助于提高各汽车生产厂商提高车身焊接的效率和质量。本文在分析汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统特点的基础上对汽车焊装车间生产线测控自动化控制系统的硬件组成和软件编制中需要注意的问题进行了阐述分析。

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