浅谈电气自动化在汽车制造车间的应用

宋孚财

摘要：随着社会不断进步，居民生活水平持续提高，汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，同时也给人们的日常生产生活带来极大便利。二十一世纪以来，电气自动化技术已经取得了一定的发展成就，涉及众多行业领域。随着创新思维不断提升，汽车制造行业生产效率大幅度提高。在汽车生产制造中，以焊装车间为例，PLC以及机器人控制技术是比较常见的自动化控制技术，本文着重分析了电气自动化控制技术的实际应用，进一步探析电气自动化技术的优势及前景。

关键词：自动化;现场总线技术;射频识别;人机界面

1自动化生产线的主力军

1.1PLC

我们所说的PLC，是指以计算机技术为基础，专门应用于工业控制的处理器，也叫做可编程控制器。它采用可以编制程序的存储器，在内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作，通过数字量和模拟量的输入、输出信号实现与现场设备信号互通，控制工业现场的各种设备完成任务。目前，PLC广泛应用于钢铁、石化、电力、机械制造、汽车、交通运输等各个行业的自动化控制系统。中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算，将结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

1.2现场总线技术

现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点、双向通信的数据总线。其中，生产过程包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的数字化、智能化的控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。

总线有自动诊断、显示故障位置的优势。诊断包括总线节点的通讯故障、电源故障，以及现场装置和连接件的断路、短路故障，从而迅速发现系统的各种故障位置和状态。可以根据需要，将系统分为几个部分分别进行调试，在进行复杂故障的排除中也可以采用同样的方法。这在采用现场总线技术以前是做不到的。系统性能大幅度的提高，使控制系统的档次跨越了一个台阶，系统设计，调试，扩展变得更加灵活方便。

采用數字信号通讯，有效提高系统的测量和控制精度。主控器可以获取更多的设备信息，更好的满足控制系统信息集成的要求，数据传输可靠，数据响应快速，而且具有强大的抗干扰能力。

1.3射频自动识别技术

焊装车间使用最多的识别技术是RFID技术（射频识别），RFID技术是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而且识别系统与特定目标之间不需要建立机械或者光学接触。无线电的信号是通过无线电频率的电磁场，与标签进行数据互换，以自动辨识与追踪该物品，标签包含了电子存储的信息，有效范围之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。将标签附着在一辆正在生产的汽车，工作人员便可以追踪此车在生产线上的进度，以及此车配置等相关信息。

1.4工业机器人

焊装车间生产线常用机器人本体有六个轴，即伺服马达数量，机器人在带伺服焊枪时，焊枪本身还会有一个伺服马达，这个伺服马达就叫做机器人的第七轴。机器人本体的六个轴统称为机器人组一，焊枪的伺服电机就是机器人的组二。机器人与PLC之间通过以太网通讯信号，在总线技术的支持下，实现PLC精确控制机器人的每一步动作轨迹，共同完成符合工艺要求的任务。

2生产线自动化大家庭相关成员

2.1人机界面HMI

HMI包括触摸面板、CPU、通讯模块三部分。HMI人机界面可以用来监控工位的工作状态、每一步工装夹头的打开与关闭装态，也能够显示有关报警的信息。通过HMI可以使工装切换手动和自动模式，手动模式可以手动操作各组夹头的打开与关闭，自动模式可以通过按下运行按钮自动运行工装。通过复位按钮在断电开机和急停后复位主继电器，同时可以清除各种相关报警。紧急状态下按下急停开关，可以使设备紧急停止。

2.2阀岛阀组

电磁阀岛一般有通讯模块、电源模块、电磁阀、电磁阀线圈及阀缸组成。通讯模块和电磁线圈的电源独立。PLC的驱动信号通过通讯模块输出给各个电磁阀线圈，使相应的电磁阀打开与关闭，通过压缩空气流动驱动气动元件的动作。

2.3动力传递系统

众多设备运转，离不开电动机提供动力，在焊装车间生产线上，三相异步电动机是动力输出的核心部件。电动机旋转的先决条件是具有一个旋转磁场，电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场。 定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，驱动转子沿旋转磁场方向旋转起来。

3安全装置

生产线的稳定运行，离不开安全设施的保驾护航。安全光栅、安全垫、安全护栏、急停开关，都是不可缺少的安全设施。

3.1安全光栅

安全光栅的工作原理与安全垫的工作原理相类似，当发射光栅与接收光栅之间有遮挡物时，工位停止工作，设备停止运行，当遮挡物移开，发射与接收之间无遮挡物时，按一下光栅复位按钮，工位才能重新正常工作。

保护设备的有效性必须每天由安全专员或者有授权的工作人员进行检查。检查时应使用合适的测试棒沿着整个危险区域进行检查。测试棒应为非透光物体。测试棒的尺寸应根据光幕的分辨率进行选择，需要注意的是，光栅的有效分辨率可通过软件设置，当测试棒进入危险区域后，只有红灯应该是一直亮的。测试过程中如果绿灯或者黄灯亮起，测试必须停止，进行检查。 测试开始前，即测试棒进入危险区域前，要保证绿灯是亮的。这里要注意，如果互锁被激活，黄灯闪烁的话，要先将光栅复位，然后看到绿灯亮之后再继续测试。

3.2急停开关

对于由PLC控制的工装，一般在HMI人机界面、安全门锁控制箱和RUNBAR上都有E-STOP急停开关，只要按下其中任何一个急停开关，急停连锁信号触发，运动中的工装会立刻停止运行。恢复急停时首先拔出按下的急停开关，然后在HMI人机界面上按下复位按钮，急停信号方可消除，设备才可以继续进行其他操作。

4结语

汽车制造行业在我国经济发展中发挥着越来越重要的作用，各种新型技术在汽车制造中也有着较大的发展空间，可以大大提升汽车制造的智能化水平。我国致力于研究人工智能，相对应的自动化技术也同样被重视，电气自动化技术已经实现了各个学科相结合的发展目标，在各个领域中都充分展现了电气自动化技术的生命力。

参考文献：[1]毛聪聪.电气自动化在汽车生产领域的应用探究[J].时代汽车，2018（5）：38-39.

[2]龚春兵.汽车零部件生产与自动化控制问题研究[J].内燃机与配件，2018（05）：72-73.