基于PLC和触摸屏的车身总装夹具控制系统设计

1、第1期2012年1月组合机床与自动化加工技术ModularMachineToolAutomaticManufacturingTechniqueNo1Jan2012文章编号：10012265（2012）01007403基于PLC和触摸屏的车身总装夹具控制系统设计王淑旺，顾立才，张定，鲁恒飞（合肥工业大学机械与车辆工程学院，合肥230009）摘要：车身总装工艺是白车身生产的关键工艺，论文用程序自动控制代替手动气压控制，确保达到车身总装质量和生产效率的要求。该设备的控制系统是以PLC控制技术为核心，以触摸屏为人机操作界面，采用二者配合控制实现了车身总装夹具的控制要求。设备已经投入生产，运行结果表明：

2、该系统在降低了设备成本的同时，有效的缩短了生产周期，对其它类产品设计有一定参考价值。关键词：白车身；PLC；触摸屏；车身总装夹具中图分类号：TH165文献标识码：ADesignoncontrolsystemofCarBodyWeldingJigbasedonPLCandTPWANGShu-wang，GULi-cai，ZHANGDing，LUHeng-fei（SchoolofMachineryandAutomotiveEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China）Abstract：CarBodyWeldingJigisthek

3、eyintheproductionofcar，thispaperusesautomaticcontrolbyprogrammeinsteadofmanualcontrolbyair，toensurethisequipmenttoachieverequirementsofqualityandproductivityThecontolsystemrealizedtherequirementofCarBodyWeldingJigwithPLCandTPatthecoreThisEquipmenthasbeenputintoproductionTheoperationresultsshowthatth

4、edevicehasshortenedtheproductioncycleeffectivelyandcontolledthecostThedesignofthispapermakescontrib-utuionstotheotherproductsKeywords：bodyinwhite；PLC；TP；carbodyweldingjig0引言车身总装焊接是白车身焊接中的关键工序，直本文根据北京某公司轻客生产线的实际要求，设计出了一套基于PLC和触摸屏的车身总装夹具的自动化系统。本系统使生产节拍由原来的450s600s缩短到250s360s，改变原来由全人工操作为全自动操作，对控制设备成本，提

5、高经济效益很有帮助。接影响到汽车发动机、门盖、前后桥等其他零部件的装配。国内外主流汽车生产线在白车身总装工序的设计和控制方面都做了不少探索，形成了一批自动化程度高，焊接工艺优良且工作效率高的车身总装夹具。由于现场总线技术的发展，其将智能化现场设备、自动化系统通过一条物理线路连在一起，取代控制器和控制器之间的信号传输干扰等缺点211车身总装设计方案本设计要求在总装工艺上能实现八种不同车型的焊装，考虑到经济和实际的运用，我们在本设计中加入一些切换机构，如有无舵切换，有无门洞切换，新旧前围切换，长短车型切换等。考虑到板件运输和生产效率，本总装夹具采用吊具运输板件，结合触来控制整改设备摸屏和各个控制盒

6、上设置的按钮，的动作。又由于本设计是根据某公司轻客原车身焊接线而改造，所以从原生产线考虑改进设计如图1所示。，解决了以往集散控制系统布线量大，布线种类多，费用高和易受。总线技术为车身焊装自动化控制提供了强有力的技术支持。原始的车身总装夹具采用的是人工操作各种气阀，来达到总装工艺的要求；这种控制方式不但无法控制好车身总装的质量，而且生产节拍要求很难达到。收稿日期：20110608；修回日期：20110707（Email）作者简介：王淑旺（1978），男，山东泰安人，合肥工业大学副教授，工学博士，主要从事汽车自动化装备、汽车试验台等研究，wangsw_hfut126com。图1车身总装夹具总体构架

7、示意图有良好的防护等级。所以本设备各个系统间及系统内部通过DeviceNet总线进行实时信号控制，分析和处理，并通过触摸屏实现各个部分工作状态的监控。由于本系统各个工位是对称分布且对称工位控故以下只叙述系统动作不区分左右。制方案类似，3本车身总装工艺分为侧围补焊工艺和车身总拼工艺，通过左右吊具系统进行板件的输送。整个车身总装的动作采用气动控制。侧围补焊工位分为左右补焊夹具，属于对称分布，工艺流程类似。侧围补焊工位是一个可翻转的夹具，夹具的翻转是通过变频器控制伺服电机来实现。侧围板件成型后输送到侧围补焊位（此时侧围补焊夹具处于垂直位），然后进行焊点补焊；补焊完成后，侧围补焊夹具翻转到水平位置，通

8、过吊具抓件本向总拼位输送。考虑到侧围补焊控制的方便性，设计在侧围补焊位设立的独立的控制柜；此控制柜可控制补焊位和相应的吊具系统。车身总拼工位分为左右侧围位，与侧围补焊一样对称分布。总拼工位的侧位为一个可翻转的夹具，考虑到总拼翻转夹具自身的重量很大，用电机翻转不但效果难实现且成本会加大，故我们考虑用250mm缸径的气缸控制。总拼位接受来自于吊具系统输送的板件（接受板件时总拼位侧围处于水平位置），然后总拼位侧围夹具夹紧翻转；在地板上完后，侧围位平移合成车身，最后进行焊接。为了操作人员控制的方便和生产安全，在总拼位设立了四个控制盒子，进行配合控制。总拼位的前围也是一个翻转机构（如图2），前围上件夹紧

9、，从水平位翻转垂直，后平移到位焊接；焊接完成后原方式动作复位。图2前围夹具三维图2车身总装控制方案由于车身总装上工序较多且各个部分联系较紧密，所以将整个控制系统分为三个子系统，分别为：侧围补焊系统，总拼系统和吊具系统（如图3）。由于DeviceNet总线具有开放、低价、可靠、高效的优点，特别适合于高实时性要求的工业现场底层控制；它运用网络技术数据传输可靠、信息响应快速、抗干扰能力增强；具有自动诊断、故障显示功能；更好地满足控制系统信息集成的要求；总线节点具阀岛3和阀岛1控制类似属于对称控制，不再叙述。3控制系统的设计根据工艺方案和控制方案的设计，结合设备的动作实际要求，我们进行了硬件的选型和程

10、序的编写。本车身总成系统的核心处理器采用欧姆龙CJ-PLC通过RS232通讯电缆和触摸屏1W系列的PLC，TV00B-V24，通信；触摸屏选用的是欧姆龙NS10-该系列触摸屏以数据，图形，按钮等各种形式来反映PLC的内部状态位，存储数据，从而参与工程控制，能良好的满足经济实用的要求。系统所有的逻辑控制和判断、中间继电器及时间继电器的逻辑功能等均由PLC内部程序指令来实现。考虑到焊装车间的焊屑比较多，故选择防护等级高的SMC阀岛EX245-SDN2-X35，并在气源处加上过滤网。3.1PLC选型及软件设计PLC是整个系统的控制核心，1W本系统采用CJ-H系列的组合模块式PLC，控制模块采用CJ-

11、DM214。根据系统CPU454，通讯模块采用CJ1W-可统计输入点数为73，输出点数为55。为控制方案，了保证系统I/Q点数的需要并预留扩展空间，选择5ID211：DI16块16点数字输入模块（DRT2-424DC）；4块16点数字输出模块（DRT2-OD211：DO1624DC）4。Integrator进行总线按车身控制方案，我们用Cx-组态，在DeviceNet总线两端用120欧的终端电阻终1W作为欧姆龙系列PLC中功能强大的中型结。CJ-programmer，其编程语言是Cx-支持梯形模块式PLC，图、指令表、功能图编程方式，具有结构化程序设计的优点，用树型的形式管理用户程序以及程序需

12、要的数据等。本系统的工作流程框图（如图4），简述如下：（1）系统开机后，会进行包括站点故障，总线状态，设备当前状态等自检内容，无故障即可进入运行状态。（2）当运行开始时，本系统会根据当前的模式进根据要生产的车型，进行如新行动作；手动模式下，旧前围、长短车型、有无门洞、有无舵的切换。（3）各个切换完成后，按下自动运行模式按钮，补焊工位会上件夹紧，并进行补焊。（4）完成补焊后按下补焊工位控制柜上的“吊具下行”按钮，吊具会自动从中位平移到补焊工位；与吊具自动下降抓件，后此同时补焊位夹具水平翻转，升起向总拼位平移。（5）此时会判断总拼位围位是否翻转，如没有翻转吊具将在中位停止；如已经翻转吊具会将板件运

13、输到总拼侧围。放件完毕后吊具会自动升起回到中位，等待下次工作。（6）总拼位侧围接受到板件后会自动夹紧，同侧两人同时按下操作盒上侧围翻转按钮，侧围夹具会垂直翻转。在吊具放件的时候就可以上地板并夹紧。（7）同侧操作人员同时按下“侧围前进”按钮，侧围将平移前进；侧围平移到位后，滑台定位销将下降，此时车身总装合成完成；接着进行相关的焊接工如前后梁焊接，车身各个点焊接，前围动作焊接作，以及固定焊钳的自动焊接等。（8）所有的车身焊接完成后，按下操作盒上的“工作完成”按钮，总拼位各个夹具会自动松开，接着侧围滑台定位销自动升起；同侧操作人员同时按下“侧围后退”按钮，侧围滑台自动后退平移，滑台定位销在后位下降。

14、到此整个动作循环结束。80组合机床与自动化加工技术第1期2.2人机界面设计3结束语人机界面采用的是西门子公司的TP177B6PN/DP触摸屏，该屏可用汉字、数字、曲线同步显示主控系统的运行状态、报警画面、实时数据，并可进修正和设定各种参数，便于操作者人机对行监控、话。根据现场需求主要设计了登录界面、产品选择界面、产品编辑界面、运行监控界面、手动调试界面、系统维护指示界面、编程气缸校准界面以及故障处理界面，来协调控制设备完成指定的拧紧流程。如运行监控主界面。图6所示是其中一个界面200、该系统结构把S7-高可靠性能的AtlasCopcoSMCCEU2行程可读气缸有机得搭配起拧紧控制器、提供了方便

15、灵活的螺栓拧紧方案，充分发挥了各来，个硬件的功能。从实际应用角度看，此设备及其控变品种履带螺栓制系统极大地实现了适应变节距、并解决了履带螺栓人工拧紧效率低下和不的拧紧，可靠的问题。参考文献1阿特拉斯科普柯中文PM4000使用指导S20072SMCStrokeReadingCylinderwithBrakeSeriesCE2S20103西门子（中国）有限公司S7-200可编程控制器操作手册S20104卫道柱螺纹自动拧紧机的研制D合肥：合肥工业大2004学，5黄健汽车装配自动拧紧机D上海：上海交通大学，20086江骏，刘志锋，等基于IPC的自动拧紧机控制系统设计图6运行监控主界面J控制与检测，20

16、06（11）：5768（编辑李秀敏）（上接第76页）分步功能按钮，各个动作的画面和信息，并将他们与PLC程序相连。根据系统功能的要设计了气动界面，分步工位按钮，各个工位气缸求，信号检测显示，报警显示以及调试等界面。如图5所示为总拼工位主要界面；图6所示为车型滑台限位夹具监控界面。4结束语本设计根据某公司轻客生产实际要求，通过PLC和触摸屏的联合控制，简化了现场操作，提高了控制程序和人机界面的灵活性，并提供了完善的实时监视功能，使系统性能更加安全可靠。本车身总装夹单车生产节拍不超过360s，有具已经投入实际生产，效的保证了车身生产线的节拍；设备通过近3万辆车的生产检测，设备系统稳定、故障检测与排除方达到了预期的目标。便，参考文献1CAPETTAL，MELLAA，RUSSOFIntelligentfieldde-JCamputingControlEngineer-vicesuserexpectationsingJournal，1995，6（6）：2702722萧蕴诗，吴继伟，许维