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摘要：焊装生产线控制系统关系到焊装生产线的自动化水平及生产效益，对其展开研究具有十分重要的意义。本文结合某焊装生产线实例，详细介绍了该生产线的PLC硬件组态及其控制系统，旨在为有关需要提供参考。
关键词：PLC；焊装生产线；控制系统
随着我国国民经济的快速发展，汽车工业作为重要的支柱产业之一，也得到了快速发展，与此同时，汽车企业对汽车白车身焊装生产线的自动化水平要求也越来越高。而PLC技术以其可靠性高、组态灵活、安装方便、运行速度快等优点，在焊装生产线控制系统中得到了广泛的应用。
1.PLC硬件组态
PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。PLC在实际应用中通过硬件组态实现液压控制系统的通信、参数设置等，PLC硬件组态如图1所示。
图1所示为某焊装生产线项目中使用的硬件组态，CPU采用西门子391F-3安全型CPU，现场总线采用PROFIBUS总线协议，液压控制箱内使用ET200S作为从站系统耦合器，从站里使用模拟量输出模块用于作液压阀控制，采用高速计数模块对现场编码器数据信号进行采集。
采用模拟量输出模块的硬件组态设置，输出范围类型有2档，分别为4～20mA档和-20～+20mA档，由于使用的比例液压阀和比例溢流阀的控制范围为4～20mA，所以应选择相对应的输出范围与之匹配。
2.液压系统详细控制
2.1系统工作原理
液压系统所在的主拼工位夹具结构如图2所示，正常工作情况下，液压系统中的电机是一直处于运转状态，液压回路里可分为2部分。
（1）一部分是用于水平控制伸缩和翻转锁死的小油缸部分，此部分油缸数量比较多，但是负载较小，所需要的油缸压力较小。水平伸缩油缸液路控制见图3，电磁换向阀见图3中件号29，在没有电信号的情况下，无动作，液路构成自回路，无压力输出。电磁换向阀收到电信号后电磁吸合，液路打开到控制每一路的电磁换向阀上，此时液路中有压力，压力大小可通过溢流阀（图3中件号28）进行手动调节改变输出液路压力。根据工艺要求的逻辑顺序控制每一路电磁换向阀（图3中件号34），每一个电磁换向阀有2个信号控制，分别为V和R信号，同于气路的电磁阀一样，V和R信号会改变液路流动方向，进而达到控制油缸的伸出或者缩回动作的目的。
（2）另一部分是用于控制前围翻转和后围翻转的大夹具部分，前围部分质量为4t，后围翻转部分质量达到了6t。翻转油缸液路控制见图4，由于大夹具负载非常大，在油缸运动的过程中，需要对油缸的速度进行调节。翻转油缸在翻起过程中一开始可以快速进行翻起，当达到夹具工作位置即翻转到90°时，需要及时减速柔和到达指定位置。如果速度没能及时降低，在与机械限位接触时会产生不小的震颤，极易造成夹具的精度偏失，而且对整个系统设备的磨损率也是巨大的。而对油缸速度的控制主要通过2个方面调节来实现，一方面是改变油路里液油的流量速度，另一方面是改变液路回路中的背压值。
2.2液压回路电机启动
在液压回路中采用2个18.5kW三项交流异步电动机带动齿轮泵作为液压动力源，由于使用的电机功率较大，为了不形成对电网电压过大的冲击，使用了星三角启动，如图5、图6所示。在星三角启动中使用了2个接触器配合数字量输出模块进行控制，在人机界面HMI上按下电机启动按钮，PLC收到启动信号后控制输出模块接通启动控制和星型控制2个接触器回路，此时电机开始星型启动，PLC通过定时器开始计时，5s后控制星型和角型2个接触器同时进行动作切换，切断星型控制接触器同时接通角型控制接触器，完成电机降压启动。软件部分设计了一个启动的功能塊，完成对3个接触器所对应模块输出点的逻辑控制。
2.3液压回路中翻转油缸速度控制
液压回路通过2方面控制对油缸翻转速度进行调节，翻转油缸控制原理见图6。首先，在不改变进油端液路中压力大小的情况下调节进油路流量大小；其次，调节回油路端压力（背压）值。
液压回路通过比例换向阀来调节进油路的流量，比例换向阀接线端自带模拟型集成式放大器，比例换向阀是通过液压柜内的模拟电子模块进行控制，采用西门子2AOIHF模拟量输出模块，在模块的硬件组态里选择了输出4～20mA档。从表1可以得出理论上当需要输出电流中间12mA时，需要给模块赋值为13824；通过表2可知，比例换向阀放大器的管脚F为反馈检测信号，属于模拟量输出，输出范围-5～+5V之间，反馈值为0V时表示比例阀的阀芯处于中间位置，此时油缸没有任何方向液油提供动力，油缸无动作，反馈值不为0V时绝对值越大表示正向或者反向偏离阀芯中间位置越远，此时液中路流进油缸的油液流量越大，油缸的运动速度越快，反馈值的正负表示阀芯的左右偏移方向，假设为正值时油缸正向运动，那么反馈值为负值时油缸则为相反方向运动。
实际应用中会出现诸多影响阀芯位置的因素，例如模块电源24V误差、模拟信号电缆造成的电磁干扰误差、还有放大器本身零点偏移误差等，经实测得到当赋值给模拟电子模块13280时，得到反馈电压0V，此时油缸无动作，将数值13280作为零点，进行油缸左右动作的不断赋值测试，进而通过观察油缸翻转动作的速度来得到理想的数值。翻转油缸刚开始动作时可以赋值其一定速度进行翻转动作，通过安装在翻转机构同轴上的编码器和翻转路径上多个不同位置的接近开关能够实时了解翻转机构的位置，当快要到达工作位置时，对模块的赋值减小（或增大）到更接近零点值13280，以达到液油流量速度的减少，但由于翻转机构质量巨大，具有很大的惯性，仅仅通过减少进油路端流量对翻转机构的速度进行控制效果有限，这时会通过背压对油缸运动方向产生反向阻力。当翻转机构刚开始运动时，为了保持一定的运动速度不需要提供阻力，只有当机构快要运动到工作位置需要减速和停止时才会启动比例溢流阀，在回油路端提供一定的阻力以达到对机构速度更有效的调节。
对于控制比例溢流阀的模拟量模块，在赋值上与控制比例换向阀的模块是有区别的，比例溢流阀在机构刚开始运动时可以无动作响应，即一开始赋值模拟量数值为0，当需要提供不断增大背压时，可以线性地增大对模块的赋值，赋值区间为0～27648，当赋值最大27648时比例溢流阀达到最大压力，该最大值是可以通过调节阀体上的螺栓进行手动调节，要根据实际使用的油管和油缸等设备所能承受的极值选择合理的数值。
3.结语
综上所述，PLC具有设备操作灵活方便、安全可靠等优势，在焊装生产线控制系统中具有良好的应用价值，能够有效提高生产线的自动化水平。本文结合了某焊装生产线基于PLC的控制系统，该系统实现了汽车白车身焊装生产线的高效、稳定运行，对类似生产线控制系统的设计具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]许川佩，彭圣华.基于PLC的自动化生产线控制系统[J].仪表技术与传感器，2016（11）：85-89.
[2]陈放平，何晓波，陈建军，祁三中，蒋治诚，郭斐，崔建洲.ProfinetIO在车身焊装生产线控制系统的研究与应用[J].装备维修技术，2015（03）：13-32.
[3]袁占江.汽车焊装柔性生产线控制系统的设计[J].产业与科技论坛，2015，14（11）：41-42.
关键词：PLC；焊装生产线；控制系统
随着我国国民经济的快速发展，汽车工业作为重要的支柱产业之一，也得到了快速发展，与此同时，汽车企业对汽车白车身焊装生产线的自动化水平要求也越来越高。而PLC技术以其可靠性高、组态灵活、安装方便、运行速度快等优点，在焊装生产线控制系统中得到了广泛的应用。
1.PLC硬件组态
PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。PLC在实际应用中通过硬件组态实现液压控制系统的通信、参数设置等，PLC硬件组态如图1所示。
图1所示为某焊装生产线项目中使用的硬件组态，CPU采用西门子391F-3安全型CPU，现场总线采用PROFIBUS总线协议，液压控制箱内使用ET200S作为从站系统耦合器，从站里使用模拟量输出模块用于作液压阀控制，采用高速计数模块对现场编码器数据信号进行采集。
采用模拟量输出模块的硬件组态设置，输出范围类型有2档，分别为4～20mA档和-20～+20mA档，由于使用的比例液压阀和比例溢流阀的控制范围为4～20mA，所以应选择相对应的输出范围与之匹配。
2.液压系统详细控制
2.1系统工作原理
液压系统所在的主拼工位夹具结构如图2所示，正常工作情况下，液压系统中的电机是一直处于运转状态，液压回路里可分为2部分。
（1）一部分是用于水平控制伸缩和翻转锁死的小油缸部分，此部分油缸数量比较多，但是负载较小，所需要的油缸压力较小。水平伸缩油缸液路控制见图3，电磁换向阀见图3中件号29，在没有电信号的情况下，无动作，液路构成自回路，无压力输出。电磁换向阀收到电信号后电磁吸合，液路打开到控制每一路的电磁换向阀上，此时液路中有压力，压力大小可通过溢流阀（图3中件号28）进行手动调节改变输出液路压力。根据工艺要求的逻辑顺序控制每一路电磁换向阀（图3中件号34），每一个电磁换向阀有2个信号控制，分别为V和R信号，同于气路的电磁阀一样，V和R信号会改变液路流动方向，进而达到控制油缸的伸出或者缩回动作的目的。
（2）另一部分是用于控制前围翻转和后围翻转的大夹具部分，前围部分质量为4t，后围翻转部分质量达到了6t。翻转油缸液路控制见图4，由于大夹具负载非常大，在油缸运动的过程中，需要对油缸的速度进行调节。翻转油缸在翻起过程中一开始可以快速进行翻起，当达到夹具工作位置即翻转到90°时，需要及时减速柔和到达指定位置。如果速度没能及时降低，在与机械限位接触时会产生不小的震颤，极易造成夹具的精度偏失，而且对整个系统设备的磨损率也是巨大的。而对油缸速度的控制主要通过2个方面调节来实现，一方面是改变油路里液油的流量速度，另一方面是改变液路回路中的背压值。
2.2液压回路电机启动
在液压回路中采用2个18.5kW三项交流异步电动机带动齿轮泵作为液压动力源，由于使用的电机功率较大，为了不形成对电网电压过大的冲击，使用了星三角启动，如图5、图6所示。在星三角启动中使用了2个接触器配合数字量输出模块进行控制，在人机界面HMI上按下电机启动按钮，PLC收到启动信号后控制输出模块接通启动控制和星型控制2个接触器回路，此时电机开始星型启动，PLC通过定时器开始计时，5s后控制星型和角型2个接触器同时进行动作切换，切断星型控制接触器同时接通角型控制接触器，完成电机降压启动。软件部分设计了一个启动的功能塊，完成对3个接触器所对应模块输出点的逻辑控制。
2.3液压回路中翻转油缸速度控制
液压回路通过2方面控制对油缸翻转速度进行调节，翻转油缸控制原理见图6。首先，在不改变进油端液路中压力大小的情况下调节进油路流量大小；其次，调节回油路端压力（背压）值。
液压回路通过比例换向阀来调节进油路的流量，比例换向阀接线端自带模拟型集成式放大器，比例换向阀是通过液压柜内的模拟电子模块进行控制，采用西门子2AOIHF模拟量输出模块，在模块的硬件组态里选择了输出4～20mA档。从表1可以得出理论上当需要输出电流中间12mA时，需要给模块赋值为13824；通过表2可知，比例换向阀放大器的管脚F为反馈检测信号，属于模拟量输出，输出范围-5～+5V之间，反馈值为0V时表示比例阀的阀芯处于中间位置，此时油缸没有任何方向液油提供动力，油缸无动作，反馈值不为0V时绝对值越大表示正向或者反向偏离阀芯中间位置越远，此时液中路流进油缸的油液流量越大，油缸的运动速度越快，反馈值的正负表示阀芯的左右偏移方向，假设为正值时油缸正向运动，那么反馈值为负值时油缸则为相反方向运动。
实际应用中会出现诸多影响阀芯位置的因素，例如模块电源24V误差、模拟信号电缆造成的电磁干扰误差、还有放大器本身零点偏移误差等，经实测得到当赋值给模拟电子模块13280时，得到反馈电压0V，此时油缸无动作，将数值13280作为零点，进行油缸左右动作的不断赋值测试，进而通过观察油缸翻转动作的速度来得到理想的数值。翻转油缸刚开始动作时可以赋值其一定速度进行翻转动作，通过安装在翻转机构同轴上的编码器和翻转路径上多个不同位置的接近开关能够实时了解翻转机构的位置，当快要到达工作位置时，对模块的赋值减小（或增大）到更接近零点值13280，以达到液油流量速度的减少，但由于翻转机构质量巨大，具有很大的惯性，仅仅通过减少进油路端流量对翻转机构的速度进行控制效果有限，这时会通过背压对油缸运动方向产生反向阻力。当翻转机构刚开始运动时，为了保持一定的运动速度不需要提供阻力，只有当机构快要运动到工作位置需要减速和停止时才会启动比例溢流阀，在回油路端提供一定的阻力以达到对机构速度更有效的调节。
对于控制比例溢流阀的模拟量模块，在赋值上与控制比例换向阀的模块是有区别的，比例溢流阀在机构刚开始运动时可以无动作响应，即一开始赋值模拟量数值为0，当需要提供不断增大背压时，可以线性地增大对模块的赋值，赋值区间为0～27648，当赋值最大27648时比例溢流阀达到最大压力，该最大值是可以通过调节阀体上的螺栓进行手动调节，要根据实际使用的油管和油缸等设备所能承受的极值选择合理的数值。
3.结语
综上所述，PLC具有设备操作灵活方便、安全可靠等优势，在焊装生产线控制系统中具有良好的应用价值，能够有效提高生产线的自动化水平。本文结合了某焊装生产线基于PLC的控制系统，该系统实现了汽车白车身焊装生产线的高效、稳定运行，对类似生产线控制系统的设计具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]许川佩，彭圣华.基于PLC的自动化生产线控制系统[J].仪表技术与传感器，2016（11）：85-89.
[2]陈放平，何晓波，陈建军，祁三中，蒋治诚，郭斐，崔建洲.ProfinetIO在车身焊装生产线控制系统的研究与应用[J].装备维修技术，2015（03）：13-32.
[3]袁占江.汽车焊装柔性生产线控制系统的设计[J].产业与科技论坛，2015，14（11）：41-42.