沈玉勇，王硯寧

氣伺服點(diǎn)焊槍離線測(cè)試檢修設(shè)備功能設(shè)計(jì)

沈玉勇，王硯寧

（上汽大眾汽車有限公司南京分公司車身車間，江蘇南京，211100）

氣伺服點(diǎn)焊槍是車身生產(chǎn)中的核心設(shè)備之一，對(duì)車身焊點(diǎn)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。為保證現(xiàn)場(chǎng)氣伺服點(diǎn)焊槍可靠運(yùn)行，從硬件設(shè)計(jì)、PLC硬件組態(tài)、軟件編程、人機(jī)界面等方面研究設(shè)計(jì)了一套氣伺服點(diǎn)焊槍離線測(cè)試檢修設(shè)備，不僅實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)焊槍的基本動(dòng)作測(cè)試，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)焊槍帶電流焊接測(cè)試，從而在現(xiàn)場(chǎng)可高效開展氣伺服點(diǎn)焊槍檢測(cè)修理工作，保證焊點(diǎn)質(zhì)量及車身強(qiáng)度。

氣伺服；點(diǎn)焊槍；離線測(cè)試；可編程邏輯控制器；焊接控制器

引言

新型氣伺服點(diǎn)焊槍（以下簡(jiǎn)稱點(diǎn)焊槍或焊槍）集氣伺服控制器、氣路管道、通訊控制器于一體，由焊槍電極運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)和焊槍平衡控制系統(tǒng)組成，兩者通過Interbus-S總線形式實(shí)現(xiàn)通訊。焊槍的運(yùn)動(dòng)及參數(shù)均由上位機(jī)（機(jī)器人或PLC）控制和設(shè)置。

為縮短點(diǎn)焊槍故障處理時(shí)間，降低停線風(fēng)險(xiǎn)，急需一套焊槍離線測(cè)試檢修設(shè)備。由于焊槍為新型進(jìn)口產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)無配套測(cè)試設(shè)備，因此本文利用PLC（S7 317F）及Phoenix公司的Proxy等設(shè)備自行研究設(shè)計(jì)了一套點(diǎn)焊槍離線測(cè)試檢修設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和焊接功能，該設(shè)備還使用了西門子公司的MP277觸摸屏和BOSCH中頻焊機(jī)控制器，它們通過Interbus-S總線連接到PLC系統(tǒng)中。

1　氣伺服點(diǎn)焊槍簡(jiǎn)介

1.1工作原理

點(diǎn)焊槍依靠伺服氣缸，將焊接板材壓緊在兩電極之間，并利用低電壓、大電流、在短時(shí)間內(nèi)利用電阻熱熔化電極加壓部位母材金屬，形成熔核焊點(diǎn)[1]。

1.2基本結(jié)構(gòu)

點(diǎn)焊槍結(jié)構(gòu)主要包括：靜臂電極、動(dòng)臂電極、伺服氣缸、伺服控制模塊、平衡缸、伺服傳感器等，如圖1所示[2]。伺服控制模塊為點(diǎn)焊槍的大腦，控制著點(diǎn)焊槍所有動(dòng)作，包括電極大開、電極中開、電極閉合、重力平衡系統(tǒng)以及緊急停止等[3]。

圖1　自動(dòng)伺服點(diǎn)焊槍

2　離線測(cè)試檢修設(shè)備設(shè)計(jì)

2.1硬件設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)方案中，PLC作為上位機(jī)控制著整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中的設(shè)備，包括點(diǎn)焊槍、BOSCH焊接控制器、MP277觸摸屏、Proxy網(wǎng)關(guān)等。由于PLC自身不具備Interbus通信功能，因此Proxy的主要作用是將Profinet協(xié)議轉(zhuǎn)換成Interbus協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊槍伺服模塊、BOSCH焊接控制器與PLC的通訊。測(cè)試設(shè)備硬件設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2　測(cè)試設(shè)備硬件設(shè)計(jì)方案

2.2PLC硬件組態(tài)

按照硬件設(shè)計(jì)方案圖鋪設(shè)好網(wǎng)絡(luò)線后，需在PLC硬件組態(tài)中將現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信功能。可按照下面八個(gè)步驟進(jìn)行[4]：

（1）添加一臺(tái)機(jī)架RACK 300；

（2）在RACK 300機(jī)架的2號(hào)槽中插入CPU 317F-2 PN/DP；

（3）添加一條DP總線，并設(shè)置其波特率為1.5 M；

（4）添加一條PN總線，并設(shè)置其IP地址為192.168.0.2；

（5）在模塊窗口中找到FL NP PND-4TX IB-LK V2.0模塊并雙擊，將Proxy網(wǎng)關(guān)掛接到PN總線中；

（6）在Proxy的第3插槽內(nèi)添加一個(gè)3Words DI/DO模塊，該模塊為BOSCH中頻焊機(jī)；

（7）在Proxy的第4插槽內(nèi)添加一個(gè)IBS RL 24 DIO 8/8/8-LK模塊，該模塊為過渡模塊，無IO交換；

（8）在Proxy的第5插槽內(nèi)添加一個(gè)5Words DI/DO模塊，該模塊為點(diǎn)焊槍的SMC模塊。

至此，PLC硬件組態(tài)配置完成。點(diǎn)焊槍測(cè)試平臺(tái)硬件組態(tài)如圖3所示。

圖3　PLC硬件組態(tài)

2.3軟件編程

2.3.1伺服控制模塊I/0

為了能夠利用PLC實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)焊槍功能，首先該了解伺服模塊的通訊字的含義，也即其與PLC通訊的80位中各位的含義。伺服模塊的主要通訊字含義如表1所示[5]。

表1　伺服模塊主要通訊字含義

接表1

2.3.2PLC程序編寫

根據(jù)點(diǎn)焊槍動(dòng)作功能，將軟件程序結(jié)構(gòu)分為四個(gè)功能塊，分別為：R位動(dòng)作控制功能塊、M位動(dòng)作控制功能塊、V位動(dòng)作控制功能塊和焊接控制功能塊。按照點(diǎn)焊槍動(dòng)作分塊編程，結(jié)構(gòu)清晰，便于閱讀。程序流程如圖4所示。

圖4　程序流程結(jié)構(gòu)圖

2.4人機(jī)界面

現(xiàn)場(chǎng)使用的點(diǎn)焊槍氣缸缸徑、焊槍類型、最大壓力、最大開口以及焊槍速度都不同，需要根據(jù)點(diǎn)焊槍型號(hào)將上述參數(shù)手動(dòng)輸入到PLC系統(tǒng)中。為方便測(cè)試人員操作，以西門子公司的MP277觸摸屏作為人機(jī)界面（Human Machine Interface，HMI），大大降低了測(cè)試人員的操作難度，提高了便利性。點(diǎn)焊槍基本參數(shù)設(shè)置界面如圖5所示。五個(gè)基本參數(shù)是：

（1）焊槍類型——現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)焊槍有C型和X型兩種；

（2）缸徑——現(xiàn)場(chǎng)有直徑為80 mm、90 mm、100 mm、125 mm、140 mm、160 mm等不同缸徑的點(diǎn)焊槍。需要根據(jù)被測(cè)試點(diǎn)焊槍的類型將缸徑輸入到PLC程序中；

（3）最大壓力——每把點(diǎn)焊槍能夠承受的最大壓力都不同。為了保護(hù)被測(cè)試點(diǎn)焊槍，需要限制輸出壓力，避免損壞；

（4）最大開口——為動(dòng)臂與靜臂之間的距離，每把點(diǎn)焊槍的最大開口都不同；

（5）焊槍速度——SMC伺服模塊可以控制點(diǎn)焊槍速度，調(diào)節(jié)范圍為0～15（其中0對(duì)應(yīng) 100%，15對(duì)應(yīng)20%，按5%依次遞減）。顯而易見，當(dāng)此參數(shù)設(shè)置為0時(shí)，點(diǎn)焊槍運(yùn)動(dòng)速度最快；反之則最慢。

圖5　基本參數(shù)設(shè)置

3　結(jié)束語(yǔ)

在點(diǎn)焊槍離線測(cè)試檢修設(shè)備功能設(shè)計(jì)中，通過Interbus協(xié)議將PLC、BOSCH焊接控制器、點(diǎn)焊槍等設(shè)備連通，從而利用PLC控制實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)焊槍測(cè)試功能，解決了之前點(diǎn)焊槍維修需要3～4名維修工到生產(chǎn)線上進(jìn)行在線檢測(cè)的問題，克服了費(fèi)時(shí)費(fèi)力、生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)性大等難題，有效降低了生產(chǎn)線停線風(fēng)險(xiǎn)，大幅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

[1]付先平. 淺談伺服焊槍在車身焊接中的應(yīng)用[J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào), 2015(13): 33-35.

[2]李靖. 點(diǎn)焊機(jī)器人焊鉗的設(shè)計(jì)[J]. 汽車工藝與材料, 2001(8): 25-28.

[3]唐海勇. 汽車車身制造焊鉗的設(shè)計(jì)研究[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展, 2009(2): 36-37.

[4]姜建芳. 西門子S7-300/400 PLC工程應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2012.

[5]SMC Corporation.SMC伺服模塊說明書[Z]. 2010.

沈玉勇(1988-)，男，江蘇鹽城人，本科，上汽大眾汽車有限公司四廠車身電氣工程師，主要從事電氣維修工作。

E-mail: shenyuyong@csvw.com

王硯寧(1975-)，男，江蘇南京人，本科，上汽大眾汽車有限公司四廠車身電氣工程師，主要從事電氣維修工作。

E-mail: wangyanning@csvw.com

Functional Design of Offline Test and Maintenance Device for Pneumatic Servo Spot Welding Gun

SHEN Yu-yong, WANG Yan-ning
(Body Shop of Nanjing Branch, SAIC Volkswagen Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu, 211100, China)

Spot welding is one of the most important processes in the body shop of a car factory, which is related to the overall strength of a car. In order to keep the pneumatic servo spot welding gun in a good state, our factory designs a set of offline test and maintenance device with four aspects including hardware design, PLC hardware configuration, software programming, and Human Machine Interface, which not only can realize its basic actuation tests, but also realize welding tests with current, so that the maintenance personnel can do the repair work with pneumatic servo spot welding gun efficiently, and ensure the welding quality and the strength of car body.

Pneumatic Servo; Spot Welding Gun; Offline Test; Programmable Logic Controller (PLC); Welding Controller

TP23

A

2095-8412 (2016) 05-979-04工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.041