1、第1期2012年1月組合機床與自動化加工技術ModularMachineToolAutomaticManufacturingTechniqueNo1Jan2012文章編號：10012265（2012）01007403基于PLC和觸摸屏的車身總裝夾具控制系統設計王淑旺，顧立才，張定，魯恒飛（合肥工業大學機械與車輛工程學院，合肥230009）摘要：車身總裝工藝是白車身生產的關鍵工藝，論文用程序自動控制代替手動氣壓控制，確保達到車身總裝質量和生產效率的要求。該設備的控制系統是以PLC控制技術為核心，以觸摸屏為人機操作界面，采用二者配合控制實現了車身總裝夾具的控制要求。設備已經投入生產，運行結果表明：

2、該系統在降低了設備成本的同時，有效的縮短了生產周期，對其它類產品設計有一定參考價值。關鍵詞：白車身；PLC；觸摸屏；車身總裝夾具中圖分類號：TH165文獻標識碼：ADesignoncontrolsystemofCarBodyWeldingJigbasedonPLCandTPWANGShu-wang，GULi-cai，ZHANGDing，LUHeng-fei（SchoolofMachineryandAutomotiveEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China）Abstract：CarBodyWeldingJigisthek

3、eyintheproductionofcar，thispaperusesautomaticcontrolbyprogrammeinsteadofmanualcontrolbyair，toensurethisequipmenttoachieverequirementsofqualityandproductivityThecontolsystemrealizedtherequirementofCarBodyWeldingJigwithPLCandTPatthecoreThisEquipmenthasbeenputintoproductionTheoperationresultsshowthatth

4、edevicehasshortenedtheproductioncycleeffectivelyandcontolledthecostThedesignofthispapermakescontrib-utuionstotheotherproductsKeywords：bodyinwhite；PLC；TP；carbodyweldingjig0引言車身總裝焊接是白車身焊接中的關鍵工序，直本文根據北京某公司輕客生產線的實際要求，設計出了一套基于PLC和觸摸屏的車身總裝夾具的自動化系統。本系統使生產節拍由原來的450s600s縮短到250s360s，改變原來由全人工操作為全自動操作，對控制設備成本，提

5、高經濟效益很有幫助。接影響到汽車發動機、門蓋、前后橋等其他零部件的裝配。國內外主流汽車生產線在白車身總裝工序的設計和控制方面都做了不少探索，形成了一批自動化程度高，焊接工藝優良且工作效率高的車身總裝夾具。由于現場總線技術的發展，其將智能化現場設備、自動化系統通過一條物理線路連在一起，取代控制器和控制器之間的信號傳輸干擾等缺點211車身總裝設計方案本設計要求在總裝工藝上能實現八種不同車型的焊裝，考慮到經濟和實際的運用，我們在本設計中加入一些切換機構，如有無舵切換，有無門洞切換，新舊前圍切換，長短車型切換等?？紤]到板件運輸和生產效率，本總裝夾具采用吊具運輸板件，結合觸來控制整改設備摸屏和各個控制盒

6、上設置的按鈕，的動作。又由于本設計是根據某公司輕客原車身焊接線而改造，所以從原生產線考慮改進設計如圖1所示。，解決了以往集散控制系統布線量大，布線種類多，費用高和易受。總線技術為車身焊裝自動化控制提供了強有力的技術支持。原始的車身總裝夾具采用的是人工操作各種氣閥，來達到總裝工藝的要求；這種控制方式不但無法控制好車身總裝的質量，而且生產節拍要求很難達到。收稿日期：20110608；修回日期：20110707（Email）作者簡介：王淑旺（1978），男，山東泰安人，合肥工業大學副教授，工學博士，主要從事汽車自動化裝備、汽車試驗臺等研究，wangsw_hfut126com。圖1車身總裝夾具總體構架

7、示意圖有良好的防護等級。所以本設備各個系統間及系統內部通過DeviceNet總線進行實時信號控制，分析和處理，并通過觸摸屏實現各個部分工作狀態的監控。由于本系統各個工位是對稱分布且對稱工位控故以下只敘述系統動作不區分左右。制方案類似，3本車身總裝工藝分為側圍補焊工藝和車身總拼工藝，通過左右吊具系統進行板件的輸送。整個車身總裝的動作采用氣動控制。側圍補焊工位分為左右補焊夾具，屬于對稱分布，工藝流程類似。側圍補焊工位是一個可翻轉的夾具，夾具的翻轉是通過變頻器控制伺服電機來實現。側圍板件成型后輸送到側圍補焊位（此時側圍補焊夾具處于垂直位），然后進行焊點補焊；補焊完成后，側圍補焊夾具翻轉到水平位置，通

8、過吊具抓件本向總拼位輸送?？紤]到側圍補焊控制的方便性，設計在側圍補焊位設立的獨立的控制柜；此控制柜可控制補焊位和相應的吊具系統。車身總拼工位分為左右側圍位，與側圍補焊一樣對稱分布。總拼工位的側位為一個可翻轉的夾具，考慮到總拼翻轉夾具自身的重量很大，用電機翻轉不但效果難實現且成本會加大，故我們考慮用250mm缸徑的氣缸控制。總拼位接受來自于吊具系統輸送的板件（接受板件時總拼位側圍處于水平位置），然后總拼位側圍夾具夾緊翻轉；在地板上完后，側圍位平移合成車身，最后進行焊接。為了操作人員控制的方便和生產安全，在總拼位設立了四個控制盒子，進行配合控制?？偲次坏那皣彩且粋€翻轉機構（如圖2），前圍上件夾緊

9、，從水平位翻轉垂直，后平移到位焊接；焊接完成后原方式動作復位。圖2前圍夾具三維圖2車身總裝控制方案由于車身總裝上工序較多且各個部分聯系較緊密，所以將整個控制系統分為三個子系統，分別為：側圍補焊系統，總拼系統和吊具系統（如圖3）。由于DeviceNet總線具有開放、低價、可靠、高效的優點，特別適合于高實時性要求的工業現場底層控制；它運用網絡技術數據傳輸可靠、信息響應快速、抗干擾能力增強；具有自動診斷、故障顯示功能；更好地滿足控制系統信息集成的要求；總線節點具閥島3和閥島1控制類似屬于對稱控制，不再敘述。3控制系統的設計根據工藝方案和控制方案的設計，結合設備的動作實際要求，我們進行了硬件的選型和程

10、序的編寫。本車身總成系統的核心處理器采用歐姆龍CJ-PLC通過RS232通訊電纜和觸摸屏1W系列的PLC，TV00B-V24，通信；觸摸屏選用的是歐姆龍NS10-該系列觸摸屏以數據，圖形，按鈕等各種形式來反映PLC的內部狀態位，存儲數據，從而參與工程控制，能良好的滿足經濟實用的要求。系統所有的邏輯控制和判斷、中間繼電器及時間繼電器的邏輯功能等均由PLC內部程序指令來實現?？紤]到焊裝車間的焊屑比較多，故選擇防護等級高的SMC閥島EX245-SDN2-X35，并在氣源處加上過濾網。3.1PLC選型及軟件設計PLC是整個系統的控制核心，1W本系統采用CJ-H系列的組合模塊式PLC，控制模塊采用CJ-

11、DM214。根據系統CPU454，通訊模塊采用CJ1W-可統計輸入點數為73，輸出點數為55。為控制方案，了保證系統I/Q點數的需要并預留擴展空間，選擇5ID211：DI16塊16點數字輸入模塊（DRT2-424DC）；4塊16點數字輸出模塊（DRT2-OD211：DO1624DC）4。Integrator進行總線按車身控制方案，我們用Cx-組態，在DeviceNet總線兩端用120歐的終端電阻終1W作為歐姆龍系列PLC中功能強大的中型結。CJ-programmer，其編程語言是Cx-支持梯形模塊式PLC，圖、指令表、功能圖編程方式，具有結構化程序設計的優點，用樹型的形式管理用戶程序以及程序需

12、要的數據等。本系統的工作流程框圖（如圖4），簡述如下：（1）系統開機后，會進行包括站點故障，總線狀態，設備當前狀態等自檢內容，無故障即可進入運行狀態。（2）當運行開始時，本系統會根據當前的模式進根據要生產的車型，進行如新行動作；手動模式下，舊前圍、長短車型、有無門洞、有無舵的切換。（3）各個切換完成后，按下自動運行模式按鈕，補焊工位會上件夾緊，并進行補焊。（4）完成補焊后按下補焊工位控制柜上的“吊具下行”按鈕，吊具會自動從中位平移到補焊工位；與吊具自動下降抓件，后此同時補焊位夾具水平翻轉，升起向總拼位平移。（5）此時會判斷總拼位圍位是否翻轉，如沒有翻轉吊具將在中位停止；如已經翻轉吊具會將板件運

13、輸到總拼側圍。放件完畢后吊具會自動升起回到中位，等待下次工作。（6）總拼位側圍接受到板件后會自動夾緊，同側兩人同時按下操作盒上側圍翻轉按鈕，側圍夾具會垂直翻轉。在吊具放件的時候就可以上地板并夾緊。（7）同側操作人員同時按下“側圍前進”按鈕，側圍將平移前進；側圍平移到位后，滑臺定位銷將下降，此時車身總裝合成完成；接著進行相關的焊接工如前后梁焊接，車身各個點焊接，前圍動作焊接作，以及固定焊鉗的自動焊接等。（8）所有的車身焊接完成后，按下操作盒上的“工作完成”按鈕，總拼位各個夾具會自動松開，接著側圍滑臺定位銷自動升起；同側操作人員同時按下“側圍后退”按鈕，側圍滑臺自動后退平移，滑臺定位銷在后位下降。

14、到此整個動作循環結束。80組合機床與自動化加工技術第1期2.2人機界面設計3結束語人機界面采用的是西門子公司的TP177B6PN/DP觸摸屏，該屏可用漢字、數字、曲線同步顯示主控系統的運行狀態、報警畫面、實時數據，并可進修正和設定各種參數，便于操作者人機對行監控、話。根據現場需求主要設計了登錄界面、產品選擇界面、產品編輯界面、運行監控界面、手動調試界面、系統維護指示界面、編程氣缸校準界面以及故障處理界面，來協調控制設備完成指定的擰緊流程。如運行監控主界面。圖6所示是其中一個界面200、該系統結構把S7-高可靠性能的AtlasCopcoSMCCEU2行程可讀氣缸有機得搭配起擰緊控制器、提供了方便

15、靈活的螺栓擰緊方案，充分發揮了各來，個硬件的功能。從實際應用角度看，此設備及其控變品種履帶螺栓制系統極大地實現了適應變節距、并解決了履帶螺栓人工擰緊效率低下和不的擰緊，可靠的問題。參考文獻1阿特拉斯科普柯中文PM4000使用指導S20072SMCStrokeReadingCylinderwithBrakeSeriesCE2S20103西門子（中國）有限公司S7-200可編程控制器操作手冊S20104衛道柱螺紋自動擰緊機的研制D合肥：合肥工業大2004學，5黃健汽車裝配自動擰緊機D上海：上海交通大學，20086江駿，劉志鋒，等基于IPC的自動擰緊機控制系統設計圖6運行監控主界面J控制與檢測，20

16、06（11）：5768（編輯李秀敏）（上接第76頁）分步功能按鈕，各個動作的畫面和信息，并將他們與PLC程序相連。根據系統功能的要設計了氣動界面，分步工位按鈕，各個工位氣缸求，信號檢測顯示，報警顯示以及調試等界面。如圖5所示為總拼工位主要界面；圖6所示為車型滑臺限位夾具監控界面。4結束語本設計根據某公司輕客生產實際要求，通過PLC和觸摸屏的聯合控制，簡化了現場操作，提高了控制程序和人機界面的靈活性，并提供了完善的實時監視功能，使系統性能更加安全可靠。本車身總裝夾單車生產節拍不超過360s，有具已經投入實際生產，效的保證了車身生產線的節拍；設備通過近3萬輛車的生產檢測，設備系統穩定、故障檢測與排除方達到了預期的目標。便，參考文獻1CAPETTAL，MELLAA，RUSSOFIntelligentfieldde-JCamputingControlEngineer-vicesuserexpectationsingJournal，1995，6（6）：2702722蕭蘊詩，吳繼偉，許維