摘要： 随着工业自动化和汽车行业的发展，汽车行业的制造模式由原来的大批量、单一模式向按用户要求的柔性精益生产模式转变。汽车车身焊接工艺越来越实现自动化、智能化。白车身生产线系统上普遍采用的激光焊接机器人正在向高精度、高速度、高柔性方向发展。

关键词： PLC；汽车焊接；机器人；控制；分析

1 导言

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。

2 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。

PLC程序控制器是现阶段工业上运用最为广泛的一款可编程的逻辑管控装置，其可依托内部速算来实现以往式的继电装置的程序化控制过程、即时数学运算过程以及模拟程序处置过程，并且尚可服务于多项条款间的密切沟通。PLC技术在汽车工业生产中获得了充分的实践应用，其在实际应用过程中具备效能显著、编程简洁、平稳性良好的特点。白车体是汽车结构中各类功能的支撑载体，在其未作外表涂装、内部装饰以及整车总成之前，第一要先实施焊装工序，而在整个白车体的焊制阶段中，其车门部位的焊制是总体焊制作业中的基础部分，车门对接品质的优劣在很大程度上关联着整台车的技术性能。

3 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。

车门对接工艺一般包含两架激光对接机器人及四处焊接平台，其第一个工位是重点留作焊装玻璃引槽及防撞杆之用，而其第2个工位是重点担负焊制铰链筋板及内装饰筋板，其第3个工位重点担负铰链筋板及防撞杆的焊制任务，第4个工位重点担负焊装外壁窗栏。车门焊制工序中的控制机构重点涵盖PLC控制器、操控台、工件夹具、气压通路以及激光型焊制机器人等多个类型的控制机件，PLC控制器对整体焊接系统实施操作控制，其传入讯息是操作台传出的操控指令及来自于各类传感器的显示内容，传出的指令讯息即由相应的智能机器人、夹具油缸、电磁控制阀等来具体落实，而在整体操控机构的运作程序中，对激光焊装机器人的动作管控是最为重要的。

4 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。

5 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。

在针对于应用PLC控制器的调控体系中，所选取的是模块型的控制套路，焊装作业流程的管控及焊制机器人的行为动作管控是属于相互独立的两类控制模块，PLC装置借助于适用讯息来装配操作流程并和焊接机器人进行密切的协作，其操作程序在实际操作环节中可借助于相应的起始符号、结束符号以及BBC检测数码来实现信息传递的有效性。实际控制流程为：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。

6 结论

由于当今高科技工业技术取得了突飞猛进式发展，汽车工业的智能化控制水平也在不断升高，特别是在近一个时期以来，汽车使用者的多重化功能需求不断扩展和丰富，汽车工业的生产模式亦逐步摆脱了以往大规模、单一生产线的制作流程，开始转向柔性化、丰富化、精品化、艺术化的制作机制，汽车焊制作业流程对焊装机构中的多功能化、灵活化程度控制标准愈发严格。时下汽车工业体系中的白车身生产流程通常都是选择精准程度极高、操作功效甚佳、柔性功能优异的激光型焊制操控机器人。

参考文献

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