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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(guò)程如圖1所示。全線共7個(gè)工位(AFO100-AFO160)，其中，有2個(gè)升降機(jī)工位(AFO100和AFO160)，1個(gè)激光焊自動(dòng)工位(AFO140)，4個(gè)人工工位(AFO110, AFO120, AFO130, AFO150)。線上的手動(dòng)工位共配有3臺(tái)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)，2臺(tái)Fronius的MIG/MAG焊機(jī)，1臺(tái)懸吊式夾具，1臺(tái)SCA的手動(dòng)涂膠設(shè)備。在自動(dòng)激光焊工位有5臺(tái)FANUC機(jī)器人，4臺(tái)Fronius自動(dòng)MIG/MAG焊機(jī)，2臺(tái)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(tái)滾床、上線升降機(jī)和下線升降機(jī)構(gòu)成一個(gè)連續(xù)、自動(dòng)的車身輸送線。每個(gè)工位一臺(tái)滾床，車身放置在滑撬上，滑撬位于滾床上，滾床轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滑撬，從而輸送車身。
?。?）第一工位AFO100，下部工段的車身底盤通過(guò)升降機(jī)進(jìn)入AFO100。
?。?）第二工位AFO110，車身底盤從AFO100工位進(jìn)入本工位滾床，同時(shí)，汽車的兩個(gè)側(cè)圍由本工位兩側(cè)的機(jī)械輸送設(shè)備輸送進(jìn)入本工位，工人將三部分總成件和上中間連接件簡(jiǎn)單拼合在一塊，本工位工作完成。
（3）第三工位AFO120，第二工位完成的車身進(jìn)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(gè)固定點(diǎn)用懸掛式點(diǎn)焊槍焊住，以為后續(xù)自動(dòng)工位的工作做好準(zhǔn)備。
?。?）第四工位AFO130，第三工位完成的車身進(jìn)入本工位的滾床，由工人把汽車頂蓋裝上，之后進(jìn)入自動(dòng)工位。
?。?）第五工位AFO140，本工位是自動(dòng)工位，首先由頂部和左右兩側(cè)的總成夾具把整個(gè)車身固定住，然后開(kāi)始焊接。機(jī)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(diǎn)。同時(shí)，底盤與側(cè)圍下部連接處，通過(guò)滾床下部的固定式點(diǎn)焊機(jī)焊接在一起。此工位是一個(gè)封閉的安全區(qū)域，工作完成后其前后門自動(dòng)打開(kāi)，完成的車身自動(dòng)出來(lái)，AFO130的車身自動(dòng)進(jìn)入。
（6）第六工位AFO150，車身在第五工位工作完成后被送出來(lái)，之后由工人檢查焊接效果，根據(jù)需要手工補(bǔ)焊一些焊點(diǎn)。
?。?）第七工位AFO160也就是升降機(jī)工位，上一工位完成的車身進(jìn)入升降機(jī)，通過(guò)空中輸送線被送到補(bǔ)焊線。
工藝系統(tǒng)的要求
在人工工位，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式。手動(dòng)時(shí)，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(dòng)時(shí)，夾具在車身到位后自動(dòng)動(dòng)作，操作人員完成工作后，車身被自動(dòng)輸送到下一工位。
在自動(dòng)工位，有三種工作模式：手動(dòng)、單獨(dú)運(yùn)行和自動(dòng)。在自動(dòng)激光焊工位有5臺(tái)機(jī)器人，4臺(tái)MIG/MAG焊機(jī)，2臺(tái)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(shí)協(xié)調(diào)工作。
整條線分為7個(gè)安全區(qū)域，包括4個(gè)手動(dòng)工位區(qū)域、1個(gè)自動(dòng)工位區(qū)域和2個(gè)升降機(jī)區(qū)域。同時(shí)，對(duì)安全區(qū)域的監(jiān)控必須符合德國(guó)大眾的安全標(biāo)準(zhǔn)要求，在任何一個(gè)工位都能對(duì)本工位及全線的安全狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控，并且對(duì)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可視化，即生產(chǎn)人員在生產(chǎn)時(shí)可以隨時(shí)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(gè)電控系統(tǒng)可以分為兩層網(wǎng)絡(luò)：第一層現(xiàn)場(chǎng)管理網(wǎng)是工業(yè)以太網(wǎng)，主要完成編程信息和統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jī)器人控制器）及操作PC都連接到該層網(wǎng)路。第二層現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)是Interbus網(wǎng)，主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器信號(hào)和執(zhí)行器指令的處理和交換，要求快速準(zhǔn)確。各種控制器（PLC主控制器、激光控制器、Fase控制器、機(jī)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(jì)算機(jī)可通過(guò)PROFIBUS與PLC完成操作信息的通信。
從設(shè)備角度，整個(gè)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(jī)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(chǎng)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(shí)時(shí)生產(chǎn)信息和設(shè)備狀態(tài)信息，供上層設(shè)備統(tǒng)計(jì)、診斷和顯示。CADDY主焊線有輸入信號(hào)1865點(diǎn)，輸出信號(hào)1561點(diǎn)。由于處理信號(hào)量大，因此對(duì)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(shí)現(xiàn)的功能
1、 在人工工位實(shí)現(xiàn)的功能
在人工工位，通過(guò)SWAC操作面板和操作按鈕，操作人員可以對(duì)本工位的設(shè)備，如氣源和夾具等設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作或者自動(dòng)控制。通過(guò)各種指示裝置和面板的閃亮判斷本工位狀態(tài)，包括報(bào)警、錯(cuò)誤的提示，從而進(jìn)行正常的操作和處理。同時(shí)，該系統(tǒng)可以通過(guò)操作按鈕對(duì)本位進(jìn)行操作模式切換，以及進(jìn)行正常的啟動(dòng)、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(guò)本工位的急停開(kāi)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(dòng)工位實(shí)現(xiàn)的功能
本系統(tǒng)不僅可以通過(guò)操作計(jì)算機(jī)的畫(huà)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(guò)激光控制計(jì)算機(jī)，對(duì)激光發(fā)生器進(jìn)行編程和診斷，包括對(duì)激光器進(jìn)行啟動(dòng)、停止等操作。由于操作計(jì)算機(jī)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(diǎn)擊畫(huà)面上相應(yīng)的功能按鈕或手動(dòng)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(guò)操作按鈕對(duì)本位進(jìn)行操作模式切換，包括對(duì)本工位進(jìn)行正常的啟動(dòng)、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(guò)本工位的急停開(kāi)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(guò)FASE焊接編程計(jì)算機(jī)，還可以對(duì)FASE焊接控制器進(jìn)行編程和診斷，并顯示其狀態(tài)。通過(guò)操作計(jì)算機(jī)的相關(guān)機(jī)器人畫(huà)面，可以對(duì)機(jī)器人的特有功能進(jìn)行取舍，如機(jī)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(gè)機(jī)器人在同一狹小空間內(nèi)工作的同時(shí)不出現(xiàn)碰撞。
自動(dòng)工位的計(jì)算機(jī)
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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息的可視化和管理，通過(guò)SIEMENS的LED顯示屏實(shí)時(shí)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(gè)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(jì)計(jì)算機(jī)，通過(guò)相應(yīng)的畫(huà)面可以隨時(shí)了解本工段生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)信息，包括目標(biāo)產(chǎn)量、當(dāng)前產(chǎn)量、每個(gè)工位的工作時(shí)間、故障時(shí)間、交接班情況等。同時(shí)，生產(chǎn)信息還可以通過(guò)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(shí)查看目前和歷史生產(chǎn)情況，做出及時(shí)、準(zhǔn)確的計(jì)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(jìn)行信號(hào)通信，實(shí)現(xiàn)在控制層面上的無(wú)縫連接，從而實(shí)現(xiàn)車身輸送車間級(jí)的全自動(dòng)。
4、 安全功能
對(duì)于人工工位，急停按鈕和SICK公司的Scanner結(jié)合，完成對(duì)人工工位安全區(qū)域的監(jiān)控；對(duì)于自動(dòng)工位，急停按鈕、SICK公司的Scanner和安全門結(jié)合，完成自動(dòng)工位安全區(qū)域的監(jiān)控。
在實(shí)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(jí)網(wǎng)絡(luò)、三層設(shè)備的配置和結(jié)構(gòu)。隨著中國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，尤其對(duì)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(dòng)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(jià)比的自動(dòng)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(hào)：11010802023656號(hào)