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案例頻道CADDY車主焊線是一條貫通式流水線，基本工作過程如圖1所示。全線共7個工位(AFO100-AFO160)，其中，有2個升降機工位(AFO100和AFO160)，1個激光焊自動工位(AFO140)，4個人工工位(AFO110, AFO120, AFO130, AFO150)。線上的手動工位共配有3臺懸掛式點焊機，2臺Fronius的MIG/MAG焊機，1臺懸吊式夾具，1臺SCA的手動涂膠設(shè)備。在自動激光焊工位有5臺FANUC機器人，4臺Fronius自動MIG/MAG焊機，2臺FASE電阻焊設(shè)備，2套TRUMPF的HL4006D型激光發(fā)生設(shè)備，3套總成夾具。AFO100是線端，AFO160是線尾。另外，5臺滾床、上線升降機和下線升降機構(gòu)成一個連續(xù)、自動的車身輸送線。每個工位一臺滾床，車身放置在滑撬上，滑撬位于滾床上，滾床轉(zhuǎn)動帶動滑撬，從而輸送車身。
?。?）第一工位AFO100，下部工段的車身底盤通過升降機進入AFO100。
（2）第二工位AFO110，車身底盤從AFO100工位進入本工位滾床，同時，汽車的兩個側(cè)圍由本工位兩側(cè)的機械輸送設(shè)備輸送進入本工位，工人將三部分總成件和上中間連接件簡單拼合在一塊，本工位工作完成。
?。?）第三工位AFO120，第二工位完成的車身進入本工位的滾床，本工位的工作包括：在左右側(cè)圍的連接件上涂上膠，并且在幾個固定點用懸掛式點焊槍焊住，以為后續(xù)自動工位的工作做好準備。
?。?）第四工位AFO130，第三工位完成的車身進入本工位的滾床，由工人把汽車頂蓋裝上，之后進入自動工位。
?。?）第五工位AFO140，本工位是自動工位，首先由頂部和左右兩側(cè)的總成夾具把整個車身固定住，然后開始焊接。機器人先用激光焊接車身側(cè)圍和頂蓋接觸部分形成的流水槽，然后更換MIG焊槍，焊車身內(nèi)部的一些焊點。同時，底盤與側(cè)圍下部連接處，通過滾床下部的固定式點焊機焊接在一起。此工位是一個封閉的安全區(qū)域，工作完成后其前后門自動打開，完成的車身自動出來，AFO130的車身自動進入。
（6）第六工位AFO150，車身在第五工位工作完成后被送出來，之后由工人檢查焊接效果，根據(jù)需要手工補焊一些焊點。
?。?）第七工位AFO160也就是升降機工位，上一工位完成的車身進入升降機，通過空中輸送線被送到補焊線。
工藝系統(tǒng)的要求
在人工工位，有手動和自動兩種工作模式。手動時，操作人員根據(jù)工藝要求正確操作各種夾具設(shè)備，完成工作后輸送設(shè)備；自動時，夾具在車身到位后自動動作，操作人員完成工作后，車身被自動輸送到下一工位。
在自動工位，有三種工作模式：手動、單獨運行和自動。在自動激光焊工位有5臺機器人，4臺MIG/MAG焊機，2臺電阻焊設(shè)備，2套激光發(fā)生設(shè)備，3套總成夾具，并且必須保證所有設(shè)備同時協(xié)調(diào)工作。
整條線分為7個安全區(qū)域，包括4個手動工位區(qū)域、1個自動工位區(qū)域和2個升降機區(qū)域。同時，對安全區(qū)域的監(jiān)控必須符合德國大眾的安全標準要求，在任何一個工位都能對本工位及全線的安全狀態(tài)進行及時監(jiān)控，并且對生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)可視化，即生產(chǎn)人員在生產(chǎn)時可以隨時看到本條線的生產(chǎn)狀態(tài)，是生產(chǎn)和質(zhì)量的管理者。
控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置
1、CADDY主焊線的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
從網(wǎng)絡(luò)角度，整個電控系統(tǒng)可以分為兩層網(wǎng)絡(luò)：第一層現(xiàn)場管理網(wǎng)是工業(yè)以太網(wǎng)，主要完成編程信息和統(tǒng)計診斷信息的交換及處理工作。服務(wù)器、信息可視設(shè)備、統(tǒng)計診斷設(shè)備、各種編程設(shè)備（Fase焊編程設(shè)備、激光編程設(shè)備和PLC編程設(shè)備）、各種控制器（PLC主控制器、激光控制器、Fase控制器、機器人控制器）及操作PC都連接到該層網(wǎng)路。第二層現(xiàn)場控制網(wǎng)是Interbus網(wǎng)，主要完成對現(xiàn)場各種傳感器信號和執(zhí)行器指令的處理和交換，要求快速準確。各種控制器（PLC主控制器、激光控制器、Fase控制器、機器人控制器）、I/O設(shè)備、操作面板及各種執(zhí)行器（變頻器、夾具、焊鉗）均連接到該網(wǎng)絡(luò)。另外，操作計算機可通過PROFIBUS與PLC完成操作信息的通信。
從設(shè)備角度，整個電控系統(tǒng)分為三層：第一層設(shè)備是管理設(shè)備，包括服務(wù)器、信息顯示、診斷設(shè)備和編程設(shè)備；第二層設(shè)備是控制器，包括主控制器PLC和其他系統(tǒng)控制器（如激光控制器和機器人焊接控制器）；第三層設(shè)備是傳感器和執(zhí)行器層，包括各種I/O、操作面板、變頻器、執(zhí)行器和繼電器等。
2 、主控制器的配置
主控制器中PLC是核心設(shè)備，它一方面協(xié)調(diào)控制現(xiàn)場各種設(shè)備按照工藝順序要求工作；另一方面它接受編程設(shè)備的配置信息，向上層設(shè)備發(fā)送實時生產(chǎn)信息和設(shè)備狀態(tài)信息，供上層設(shè)備統(tǒng)計、診斷和顯示。CADDY主焊線有輸入信號1865點，輸出信號1561點。由于處理信號量大，因此對PLC性能要求很高。本系統(tǒng)選用的PLC是SIEMENS公司的SIMATC S7-400系列PLC，硬件配置如圖。
PLC硬件配置
系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
1、 在人工工位實現(xiàn)的功能
在人工工位，通過SWAC操作面板和操作按鈕，操作人員可以對本工位的設(shè)備，如氣源和夾具等設(shè)備進行手動操作或者自動控制。通過各種指示裝置和面板的閃亮判斷本工位狀態(tài)，包括報警、錯誤的提示，從而進行正常的操作和處理。同時，該系統(tǒng)可以通過操作按鈕對本位進行操作模式切換，以及進行正常的啟動、停止和維修設(shè)置操作。在緊急狀態(tài)下，操作人員可以通過本工位的急停開關(guān)停止本工位和整條線，以保證人身和設(shè)備安全。
2、 在自動工位實現(xiàn)的功能
本系統(tǒng)不僅可以通過操作計算機的畫面和各種指示燈監(jiān)控本工位的設(shè)備工作狀態(tài)，而且可以通過激光控制計算機，對激光發(fā)生器進行編程和診斷，包括對激光器進行啟動、停止等操作。由于操作計算機不僅配置了觸摸屏，而且安裝了STEP7軟件，因此，不僅可以直接點擊畫面上相應(yīng)的功能按鈕或手動操縱本工位的各種設(shè)備，如夾具、吸水泵、滾床等，而且可以在線編程和調(diào)試，通過操作按鈕對本位進行操作模式切換，包括對本工位進行正常的啟動、停止和維修設(shè)置操作。在緊急狀態(tài)下，操作人員也可以通過本工位的急停開關(guān)停止本工位和整條線，以保證人身和設(shè)備安全。
此外，通過FASE焊接編程計算機，還可以對FASE焊接控制器進行編程和診斷，并顯示其狀態(tài)。通過操作計算機的相關(guān)機器人畫面，可以對機器人的特有功能進行取舍，如機器人模擬、更換工具、清洗焊槍等。完成本工位復(fù)雜多樣的設(shè)備協(xié)調(diào)工作后，還需采用可靠的控制策略，以保證多個機器人在同一狹小空間內(nèi)工作的同時不出現(xiàn)碰撞。
自動工位的計算機
3、 全線生產(chǎn)信息管理功能
SIEMENS 的LED屏和PLC內(nèi)嵌SIEMENS的 Sicalis功能，可實現(xiàn)生產(chǎn)信息的可視化和管理，通過SIEMENS的LED顯示屏實時顯示生產(chǎn)線的狀態(tài)信息，可使操作人員在任何工位都能看到全線的生產(chǎn)狀況，包括每個工位的工作模式、是否完工以及安全狀態(tài)等。PLC內(nèi)嵌的SIEMENS的Sicalis功能結(jié)合診斷和信息統(tǒng)計計算機，通過相應(yīng)的畫面可以隨時了解本工段生產(chǎn)統(tǒng)計信息，包括目標產(chǎn)量、當前產(chǎn)量、每個工位的工作時間、故障時間、交接班情況等。同時，生產(chǎn)信息還可以通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送到車間管理網(wǎng)，生產(chǎn)管理人員可以隨時查看目前和歷史生產(chǎn)情況，做出及時、準確的計劃。此外，在Interbus網(wǎng)絡(luò)的Gateway模塊，可以和上、下游輸送線的PLC進行信號通信，實現(xiàn)在控制層面上的無縫連接，從而實現(xiàn)車身輸送車間級的全自動。
4、 安全功能
對于人工工位，急停按鈕和SICK公司的Scanner結(jié)合，完成對人工工位安全區(qū)域的監(jiān)控；對于自動工位，急停按鈕、SICK公司的Scanner和安全門結(jié)合，完成自動工位安全區(qū)域的監(jiān)控。
在實際生產(chǎn)中，CADDY車主焊線穩(wěn)定可靠，其電控系統(tǒng)采用兩級網(wǎng)絡(luò)、三層設(shè)備的配置和結(jié)構(gòu)。隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，尤其對轎車質(zhì)量和產(chǎn)量的要求不斷提高，汽車裝焊車間電控系統(tǒng)的自動化水平和信息化水平也需要隨之提高。只有采用合理的系統(tǒng)配置和高性價比的自動產(chǎn)品，才能保證生產(chǎn)的安全、高效、優(yōu)質(zhì)。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號