汽車生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)
一、自動化生產(chǎn)線設(shè)計
自動化生產(chǎn)線主要負(fù)責(zé)車身總成的生產(chǎn)，下部線和主焊線是混線自動化生產(chǎn)線。
車身下部線完成發(fā)動機(jī)倉、前地板、后地板等總成零件的拼裝焊接工作，適應(yīng)車身下部高強(qiáng)度的焊接要求。主要由27臺機(jī)器人完成焊接工作、零件抓取，整條線還包括自動化輸送懸鏈，零件緩存器。
主焊線主要是完成車身下部、側(cè)圍、頂蓋、包裹架等總成的拼裝焊接工作。由滾床、OPENGATE、和31臺機(jī)器人組成。
主焊線OP130工位為在線激光檢測系統(tǒng)，由4臺機(jī)器人帶動激光檢測系統(tǒng)，對車身尺寸關(guān)鍵點進(jìn)行在線檢測。
二、電氣控制系統(tǒng)
自動化生產(chǎn)線共有兩個部分組成,分為車身下部線和主焊線,有5條空中輸送線,工藝流程為發(fā)動機(jī)倉、前地板、后地板分別由3條輸送線輸送至車身下部線，車身下部經(jīng)空中輸送至主焊線，然后通過空中輸送線輸送至調(diào)整線。
整條生產(chǎn)線有車型識別系統(tǒng)一套，輥床一套、涂膠設(shè)備8套、COMAU機(jī)器人62臺，采用SICK的安全保護(hù)設(shè)備，采用帶有安全集成功能的CPU 416F-2的西門子PLC。控制部分的采用工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS（現(xiàn)場總線）連接，見圖控制部分示意圖。
控制部分示意圖
兩條自動化生產(chǎn)線和5條空中輸送線由CPU 416－2DP、CPU 315－2DP的13臺西門子PLC控制。PLC可向系統(tǒng)提供分析設(shè)備運行狀態(tài)和發(fā)生故障點的信息。每條生產(chǎn)采用1臺西門子人機(jī)界面PC870進(jìn)行控制，通過自身的MPI接口與PLC連接，內(nèi)部安裝西門子組態(tài)監(jiān)控軟件WINCC。整條生產(chǎn)線采用兩種總線模式，PLC與機(jī)器人間及PLC與I/O設(shè)備之間采用PROFIBUS現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊。PLC與PLC間的通訊全部采用西門子生產(chǎn)的CP443—1交換機(jī)進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)交換。
機(jī)器人和人機(jī)界面采用PROFIBUS通訊協(xié)議，開關(guān)、電磁閥、按鈕、指示燈、I/O從站等全部采用現(xiàn)場總線，區(qū)域內(nèi)PLC間的通訊通過DP/DP Coupler進(jìn)行信號交換，區(qū)域間的PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。這種總線的組合方式，節(jié)約了大量的接線工作，同時實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，過程狀態(tài)顯示、故障報警信息的顯示，使得整個系統(tǒng)操作簡便、維護(hù)方便、可靠性高。
三、點焊機(jī)器人系統(tǒng)
在汽車焊接工藝中，點焊占整車焊焊接的很大一部分，自動化生產(chǎn)線焊接系統(tǒng)主要由點焊機(jī)器人系統(tǒng)系統(tǒng)組成。點焊機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、機(jī)器人控制器、點焊控制器、自動電極修磨機(jī)、自動工具交換裝置、氣動點焊鉗、水氣供應(yīng)的水氣控制盤等。
點焊機(jī)器人系統(tǒng)全部采用COMAU工業(yè)機(jī)器人及相關(guān)設(shè)備。這些點焊機(jī)器人通過控制系統(tǒng)可以進(jìn)行車型的自動識別和切換。
焊接機(jī)器人
焊接機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，功能強(qiáng)大、操作簡便。點焊機(jī)器人系統(tǒng)的控制方式是：由機(jī)器人控制柜通過通信網(wǎng)絡(luò)同生產(chǎn)線PLC西門子控制柜構(gòu)成機(jī)器人焊接生產(chǎn)系統(tǒng)。機(jī)器人系統(tǒng)內(nèi)的點焊控制器、自動電極修磨機(jī)、自動工具交換裝置、水氣控制盤等裝置由機(jī)器人控制。機(jī)器人系統(tǒng)根據(jù)上位PLC的車型信號輸入來調(diào)用對應(yīng)的機(jī)器人焊接程序進(jìn)行車身裝配焊接。
四、車型識別和生產(chǎn)管理系統(tǒng)
自動化生產(chǎn)線將自動化控制系統(tǒng),制造業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacture Execute System,MES)集成在一起形成生產(chǎn)線的管理系統(tǒng)。在前期，生產(chǎn)計劃輸入工控機(jī)計算機(jī)中，通過工控軟件推算出個人工上件點的上件點的生產(chǎn)計劃。通過以太網(wǎng)傳給PLC。后期對系統(tǒng)進(jìn)行改造，自動化線能夠及直接接受MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃。
M11和M12采用拉動式生產(chǎn)的方式進(jìn)行，生產(chǎn)線接收MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃。每個工位都有基于MOBY-Ⅰ形式的車型識別系統(tǒng)，車型識別系統(tǒng)載體安裝在每個滑橇上。每個工位將根據(jù)車型識別系統(tǒng)識別的信息自動進(jìn)行焊接程序和焊接參數(shù)的切換。
在發(fā)動機(jī)艙總成工位是計劃安排的起點。在總成工位粘貼條形碼，確定車型信息。發(fā)倉被放置在轉(zhuǎn)運平臺上時，掃描設(shè)備掃描VIN碼信息傳送給PLC控制柜。控制柜根據(jù)接收的生產(chǎn)計劃確定機(jī)器人是否進(jìn)行零件抓取，信息無誤時給機(jī)器人傳送信號，機(jī)器人執(zhí)行零件抓取。同時，將VIN碼信息傳遞給下一個工位。
主焊線第一個機(jī)器人設(shè)置VIN碼掃描點,并將信息寫到雪橇載體上，并將生產(chǎn)信息傳送給下個工位,第二個工位根據(jù)信息提前判斷功能,提前做好夾具、焊接參數(shù)、焊接程序的切換準(zhǔn)備工作。當(dāng)雪橇到達(dá)第二個工位時，設(shè)備讀取雪橇上的車型信息，并將從雪橇上讀取的信息同第一個工位傳遞的信息進(jìn)行核對，核對正確的情況下，執(zhí)行程序。以此類推。
整條生產(chǎn)線有9臺抓件機(jī)器人，上件機(jī)器人具有兩種車型的識別能力，能根據(jù)生產(chǎn)計劃選擇相應(yīng)車型的零件，一旦零件錯誤或缺少零件，該機(jī)器人停止工作并且報警，同時每個BUFFER上具備車型識別系統(tǒng)。
五、在線激光檢測系統(tǒng)
主線130為機(jī)器人激光檢測工位，由四臺機(jī)器人攜帶激光檢測傳感器組成，用來保證汽車精度而設(shè)立的，對M11.M12車身的252測量特性進(jìn)行檢測。
Perceptron測量系統(tǒng)通過機(jī)器人上的激光傳感器采集車身實際尺寸，系統(tǒng)通過中轉(zhuǎn)器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)控制站進(jìn)行分析和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對照比較，尺寸出現(xiàn)超出工藝范圍，數(shù)據(jù)站立即發(fā)給PLC控制的生產(chǎn)線故障和報警信號，停止生產(chǎn)線，防止不合格車身流到下道工序。
激光檢測系統(tǒng)
六、安全系統(tǒng)
硬件配置：CPU 416F-2的西門子PLC, 光柵、急停按鈕、安全門、區(qū)域掃描儀等。
安全集成的輸入輸出信號作為過程的接口，可以直接連接單通道和雙通道的輸入輸出信號，例如急停按鈕和光柵。安全集成信號作為冗余信號內(nèi)部連接在一起。采用故障安全的分布式輸入輸出系統(tǒng)使系統(tǒng)的安全工程配置被ROFIBUS-DP部件替代，包括急停開關(guān)設(shè)備的替換，保護(hù)門監(jiān)視裝置，雙手操作等等。
在程序塊中對工位的各種安全設(shè)備如急停、安全門、光柵進(jìn)行邏輯控制，替代了傳統(tǒng)的安全繼電器控制方式；在程序中對各安全設(shè)備的邏輯處理主要通過三個程序模塊實現(xiàn)：光柵屏蔽數(shù)據(jù)功能模塊，急停屏蔽數(shù)據(jù)功能塊、安全門屏蔽數(shù)據(jù)功能塊。
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