基于PLC的汽车零件焊接系统设计
摘 要
本文主要设计基于PLC的汽车零件焊接的工件处理系统。所设计的汽车零件焊接工件处理系统通过三菱PLC程序控制夹具，以实现对工件定位处理系统的超高精度定位焊接，同时利用PLC的自动化控制能力，对生产线上的工件进行自动控制，通过机器人抓手实现工件的自动移动，到位等待、自动回归原点等自动化控制。
汽车零件焊接系统由控制系统PLC，远程控制模块，汽车夹具设备，机器人焊枪，机器人抓手，操作盒，24V直流开关电源、220V、380V电源等主要电控元件。
汽车零件焊接的工件处理系统是包含硬件设备，软件编程，设计作图，组装接线的大型项目工程，自动化设备的推行大大节省了劳动力，极大的调动了生产力，降低工作风险，是现代化科技生产发展必不缺少的环节。
关键词：PLC；焊接；夹具；自动化
Abstract:This paper mainly designs the workpiece processing system of automobile parts welding based on PLC. The design of automobile parts processing system by mitsubishi PLC program control welding fixture, the workpiece positioning processing system to achieve high precision positioning welding, at the same time, using the PLC automatic control ability, to control the automatic production line of the workpiece, through automatic mobile robot gripper implementation artifacts, in place waiting for, automatically return to the origin of automation control.Auto parts welding by the control system PLC, remote control module, auto fixture equipment, robot welding gun, robot gripper, operation box, 24V dc switching power supply, 220V, 380V power supply and other main electronic control components.The workpiece processing system for automobile parts welding is a large-scale project involving hardware equipment, software programming, design drawing and assembly wiring. The implementation of automation equipment has greatly saved labor, greatly mobilized productivity and reduced work risks. It is an indispensable link in the development of modern scientific and technological production.
Key words: PLC;welding;fixture; automation
目 录
第一章 引言 1
1.1 课题的目的及意义 1
1.2国内外发展现状及前景 1
1.3本文的主要研究内容 2
第二章 PLC控制程序的设计过程 3
2.1 三菱PLC的功能和特点 3
2.2 设计思路和选型 3
2.3 软件设计 7
2.4 仿真调试 10
2.5问题描述及解决方法 14
第三章 焊接系统的设计过程 18
3.1三菱PLC的工作原理及构造 18
3.2 对夹具通讯地址进行设计 18
3.3 将PLC与机器人进行信息交流互换 19
第四章 夹具结构及传感器 23
4.1 本系统涉及的机械设备介绍 23
4.2 本课题设计所对应的检测装置介绍 23
第五章 结论 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 引言
1.1 课题的目的及意义
本文要研究的就是基于PLC对汽车零件的焊接，焊接系统对于PLC站、I/O点的分配，每输出一个指令对应的I/O点输出对应得信号，能够快速、有效的控制对应的机械，从而实现所需的动作，这种优点众多的控制器没理由不受重视。
焊接系统夹具是焊接的重要组成部分，是焊件的定位工具和夹紧工具。它在焊接过程中确保焊接零部件的形状、精度符合产品图样的技术要求，同时焊装夹具的自动化程度还是影响汽车生产批量的关键因素。在生产过程中，焊装夹具除了完成本工序的零件组焊、定位外，还承担检验和校正上道工序焊合件的焊接质量的任务，因此它的设计制造影响着整个焊接工艺水平、汽车生产能力及产品质量。焊装夹具一般由基板、夹紧元件包含有手动夹紧器或气缸、压板及定位板组成，有的还带有定位销。在焊装夹具的自动控制过程中，只要气缸动作，焊装夹具就有动作，这样，利用PLC的输出点发出信号，PLC的输入点接受信号控制电磁阀，来完成夹具的动作。这样大大提高了产品的质量，同时解放了人力，提高了安全性。
近几十年来在新技术革命的推动下，特别是伴随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，PLC技术更是如虎添翼突飞猛进，它的应用几乎遍及社会的各个领域。从国防、工业生产、交通运输到家庭生活，而且必将发展应用到更新、更多的领域。
目前，随着大规模集成电路的发展PLC由最初的16位发展到32微处理器，当前PLC技术已经相当成熟，不仅体积小；成本也相对降低了不少；控制性能增强；可靠性急剧增强；编程方式更为灵活多变。
可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的众多指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的重要核心部分。
1.2发展现状及前景
焊接技术作为一种先进制造技术，在工业制造业中起着重要的作用。不管是从建筑工程还是微电子技术都离不开焊接技术，焊接技术贯穿于整个工业领域中，对国民经济的的发展有着非凡的意义。随着现代高速技术的发展，高质量的焊接工艺在汽车焊接系统中尤为重要。在提高焊接生产的效率，保证生产质量的同时，实现焊接生产的自动化和智能化被越来越多的汽车生产企业所重视。
如今，焊接自动化技术是为了实现我国装备制造业有弱变强的基石，焊接自动化工艺不仅可以提高加工效率和质量，而且还降低了成本，节省了劳动力，同时也改善了工作环境，提高了企业的核心竞争力，实现可持续发展有着重要的意义。在未来焊接自动化技术将代替劳动力，环保要求的不断提高，焊接工艺的要求提高，焊接自动化已经被列为五年技术改造的重点目标，在中国焊接自动化已经进入了高速发展的阶段。
1.3本文的主要研究内容
本文主要研究的是汽车夹具零件焊接工件处理系统，通过三菱PLC程序控制夹具，夹具夹紧以实现对工件定位处理系统的超高精度定位焊接，同时利用PLC的自动化控制能力，检测工件的有无，报错、按下急停按钮时 所有的设备全部停止。并且所有的急停信号灯闪烁，按了急停的常亮。上件无误后，所有Clamp全部夹紧，按下启动按钮，呼叫机器人来焊接，当机器人打完所有焊点回到原位后，夹具所有的Clamp自动打开，对生产线上的工件进行自动控制，通过机器人抓手实现工件的自动移动，到位等待、自动回归原点等自动化控制。
第二章 PLC控制程序的设计过程
2.1 三菱PLC的功能和特点
1）三菱PLC Q03UD功能特点：
（1）编程简单方便，功能强，维修方便CPU上面集成以太网接口，可以直接使用以太网路进行通信；
（2） CPU供电范围广，AC或DC电源形式集成的电源；
（3）网络通讯功能，便于实现分散式测控系统；
（4）PLC 安装在基板上,不需要外部的安装空间，这种功能能扩基板的价格便宜；
（5）通过扩展附加的通信模块，实现了模块化特点，通过信号板直接在CPU上扩展模拟量或数字量信号实现了模块化特点，同时保持 CPU 原有空间，为用户在装配过程中节省了空间；
（6）通过信号模块的大量模拟量和数字量输入和输出信号实现模块化特点；
（7）具有运动控制功能，可以用于简单的运动控制；
（8）该系列PLC具有实时时钟，时间中断，硬件中断，在线/离线诊断功能，并且所有模块上的端子都可拆卸，方便用户进行安装和接线。
2.2 设计思路和选型
1）课题要求：
（1）根据气路图分析每台夹具，并初步确定每台夹具动作的先后顺序，对每路气的Clamp、 Pin加限位开关（或感应器）。并计算站和I/O点的分配。每台夹具的控制方式都有手动、测试、自动三个模式。
（2）通过PLC编程，在手动模式下通过12位开关选择到对应夹具及夹具对应的气路，选择控制OP面板上的夹紧、打开可控制夹具的Clamp、 Pin动作。
（3）在测试模式即为半自动模式下，通过操作盒上的启动（START）按钮控制Clamp、 Pin的夹紧动作，操作盒上复位（HOME）可打开夹具的Clamp、 Pin。
（4）在测试模式的基础上加工件检测装置即为自动模式。自动模式是按顺序上完工件以后，有检测到工件的信号，也就是Part Checker有信号，并无上错件的情况下，按启动按钮，所有的Clamp、 Pin夹紧或顶上来之后，再按启动按钮结束后，有Prepare Welding信号，呼叫机器人进行焊接，焊装夹具无干涉没有信号，焊接结束后，所有Clamp、 Pin进入原位状态，拿走工件以后进入次原位状态，等待进一步的操作。
（5）即使在任何模式下只要PLC接收到限位信号，就会有信号要输出，通过控制每路气的 电磁阀的通/断电状态来控制气缸的动作，从而控制Clamp、 Pin 的动作来实现对汽车零部件的夹紧或打开。按步骤先上件，夹紧完成，收到工件完成信号(Prepare Welding)，机器人收到对应工位工件完成信号，则去该工位进行焊接。机器人将所有焊点打完回到机器人原位（Robot Home），夹具PLC收到机器人完成信号，将所有Clamp 、Pin打开回到原位状态，工人取下件，对应一个工位的一个件焊接完成。
参考文献
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