淺談電氣自動(dòng)化在汽車制造車間的應(yīng)用

宋孚財(cái)

摘要：隨著社會不斷進(jìn)步，居民生活水平持續(xù)提高，汽車已經(jīng)成為現(xiàn)代生活中不可缺少的一部分，同時(shí)也給人們的日常生產(chǎn)生活帶來極大便利。二十一世紀(jì)以來，電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)取得了一定的發(fā)展成就，涉及眾多行業(yè)領(lǐng)域。隨著創(chuàng)新思維不斷提升，汽車制造行業(yè)生產(chǎn)效率大幅度提高。在汽車生產(chǎn)制造中，以焊裝車間為例，PLC以及機(jī)器人控制技術(shù)是比較常見的自動(dòng)化控制技術(shù)，本文著重分析了電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)一步探析電氣自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢及前景。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;現(xiàn)場總線技術(shù);射頻識別;人機(jī)界面

1自動(dòng)化生產(chǎn)線的主力軍

1.1PLC

我們所說的PLC，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，專門應(yīng)用于工業(yè)控制的處理器，也叫做可編程控制器。它采用可以編制程序的存儲器，在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，通過數(shù)字量和模擬量的輸入、輸出信號實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場設(shè)備信號互通，控制工業(yè)現(xiàn)場的各種設(shè)備完成任務(wù)。目前，PLC廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石化、電力、機(jī)械制造、汽車、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)行業(yè)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞，它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算，將結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。

1.2現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備/儀表與控制室內(nèi)自動(dòng)控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)、雙向通信的數(shù)據(jù)總線。其中，生產(chǎn)過程包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類?；蛘?，現(xiàn)場總線是以單個(gè)分散的數(shù)字化、智能化的控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。

總線有自動(dòng)診斷、顯示故障位置的優(yōu)勢。診斷包括總線節(jié)點(diǎn)的通訊故障、電源故障，以及現(xiàn)場裝置和連接件的斷路、短路故障，從而迅速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的各種故障位置和狀態(tài)?？梢愿鶕?jù)需要，將系統(tǒng)分為幾個(gè)部分分別進(jìn)行調(diào)試，在進(jìn)行復(fù)雜故障的排除中也可以采用同樣的方法。這在采用現(xiàn)場總線技術(shù)以前是做不到的。系統(tǒng)性能大幅度的提高，使控制系統(tǒng)的檔次跨越了一個(gè)臺階，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，調(diào)試，擴(kuò)展變得更加靈活方便。

采用數(shù)字信號通訊，有效提高系統(tǒng)的測量和控制精度。主控器可以獲取更多的設(shè)備信息，更好的滿足控制系統(tǒng)信息集成的要求，數(shù)據(jù)傳輸可靠，數(shù)據(jù)響應(yīng)快速，而且具有強(qiáng)大的抗干擾能力。

1.3射頻自動(dòng)識別技術(shù)

焊裝車間使用最多的識別技術(shù)是RFID技術(shù)（射頻識別），RFID技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而且識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間不需要建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。無線電的信號是通過無線電頻率的電磁場，與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)互換，以自動(dòng)辨識與追蹤該物品，標(biāo)簽包含了電子存儲的信息，有效范圍之內(nèi)都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。將標(biāo)簽附著在一輛正在生產(chǎn)的汽車，工作人員便可以追蹤此車在生產(chǎn)線上的進(jìn)度，以及此車配置等相關(guān)信息。

1.4工業(yè)機(jī)器人

焊裝車間生產(chǎn)線常用機(jī)器人本體有六個(gè)軸，即伺服馬達(dá)數(shù)量，機(jī)器人在帶伺服焊槍時(shí)，焊槍本身還會有一個(gè)伺服馬達(dá)，這個(gè)伺服馬達(dá)就叫做機(jī)器人的第七軸。機(jī)器人本體的六個(gè)軸統(tǒng)稱為機(jī)器人組一，焊槍的伺服電機(jī)就是機(jī)器人的組二。機(jī)器人與PLC之間通過以太網(wǎng)通訊信號，在總線技術(shù)的支持下，實(shí)現(xiàn)PLC精確控制機(jī)器人的每一步動(dòng)作軌跡，共同完成符合工藝要求的任務(wù)。

2生產(chǎn)線自動(dòng)化大家庭相關(guān)成員

2.1人機(jī)界面HMI

HMI包括觸摸面板、CPU、通訊模塊三部分。HMI人機(jī)界面可以用來監(jiān)控工位的工作狀態(tài)、每一步工裝夾頭的打開與關(guān)閉裝態(tài)，也能夠顯示有關(guān)報(bào)警的信息。通過HMI可以使工裝切換手動(dòng)和自動(dòng)模式，手動(dòng)模式可以手動(dòng)操作各組夾頭的打開與關(guān)閉，自動(dòng)模式可以通過按下運(yùn)行按鈕自動(dòng)運(yùn)行工裝。通過復(fù)位按鈕在斷電開機(jī)和急停后復(fù)位主繼電器，同時(shí)可以清除各種相關(guān)報(bào)警。緊急狀態(tài)下按下急停開關(guān)，可以使設(shè)備緊急停止。

2.2閥島閥組

電磁閥島一般有通訊模塊、電源模塊、電磁閥、電磁閥線圈及閥缸組成。通訊模塊和電磁線圈的電源獨(dú)立。PLC的驅(qū)動(dòng)信號通過通訊模塊輸出給各個(gè)電磁閥線圈，使相應(yīng)的電磁閥打開與關(guān)閉，通過壓縮空氣流動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)元件的動(dòng)作。

2.3動(dòng)力傳遞系統(tǒng)

眾多設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，離不開電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，在焊裝車間生產(chǎn)線上，三相異步電動(dòng)機(jī)是動(dòng)力輸出的核心部件。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的先決條件是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，定子中的三個(gè)繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時(shí)，定子繞組就會產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。 定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場后，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（鼠籠條）將切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流又與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)起來。

3安全裝置

生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行，離不開安全設(shè)施的保駕護(hù)航。安全光柵、安全墊、安全護(hù)欄、急停開關(guān)，都是不可缺少的安全設(shè)施。

3.1安全光柵

安全光柵的工作原理與安全墊的工作原理相類似，當(dāng)發(fā)射光柵與接收光柵之間有遮擋物時(shí)，工位停止工作，設(shè)備停止運(yùn)行，當(dāng)遮擋物移開，發(fā)射與接收之間無遮擋物時(shí)，按一下光柵復(fù)位按鈕，工位才能重新正常工作。

保護(hù)設(shè)備的有效性必須每天由安全專員或者有授權(quán)的工作人員進(jìn)行檢查。檢查時(shí)應(yīng)使用合適的測試棒沿著整個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行檢查。測試棒應(yīng)為非透光物體。測試棒的尺寸應(yīng)根據(jù)光幕的分辨率進(jìn)行選擇，需要注意的是，光柵的有效分辨率可通過軟件設(shè)置，當(dāng)測試棒進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域后，只有紅燈應(yīng)該是一直亮的。測試過程中如果綠燈或者黃燈亮起，測試必須停止，進(jìn)行檢查。?測試開始前，即測試棒進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域前，要保證綠燈是亮的。這里要注意，如果互鎖被激活，黃燈閃爍的話，要先將光柵復(fù)位，然后看到綠燈亮之后再繼續(xù)測試。

3.2急停開關(guān)

對于由PLC控制的工裝，一般在HMI人機(jī)界面、安全門鎖控制箱和RUNBAR上都有E-STOP急停開關(guān)，只要按下其中任何一個(gè)急停開關(guān)，急停連鎖信號觸發(fā)，運(yùn)動(dòng)中的工裝會立刻停止運(yùn)行?；謴?fù)急停時(shí)首先拔出按下的急停開關(guān)，然后在HMI人機(jī)界面上按下復(fù)位按鈕，急停信號方可消除，設(shè)備才可以繼續(xù)進(jìn)行其他操作。

4結(jié)語

汽車制造行業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用，各種新型技術(shù)在汽車制造中也有著較大的發(fā)展空間，可以大大提升汽車制造的智能化水平。我國致力于研究人工智能，相對應(yīng)的自動(dòng)化技術(shù)也同樣被重視，電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了各個(gè)學(xué)科相結(jié)合的發(fā)展目標(biāo)，在各個(gè)領(lǐng)域中都充分展現(xiàn)了電氣自動(dòng)化技術(shù)的生命力。

參考文獻(xiàn)：[1]毛聰聰.電氣自動(dòng)化在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用探究[J].時(shí)代汽車，2018（5）：38-39.

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