沈玉勇，王硯寧

氣伺服點焊槍離線測試檢修設備功能設計

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）

氣伺服點焊槍是車身生產(chǎn)中的核心設備之一，對車身焊點質(zhì)量起著至關重要的作用。為保證現(xiàn)場氣伺服點焊槍可靠運行，從硬件設計、PLC硬件組態(tài)、軟件編程、人機界面等方面研究設計了一套氣伺服點焊槍離線測試檢修設備，不僅實現(xiàn)了點焊槍的基本動作測試，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)點焊槍帶電流焊接測試，從而在現(xiàn)場可高效開展氣伺服點焊槍檢測修理工作，保證焊點質(zhì)量及車身強度。

氣伺服；點焊槍；離線測試；可編程邏輯控制器；焊接控制器

引言

新型氣伺服點焊槍（以下簡稱點焊槍或焊槍）集氣伺服控制器、氣路管道、通訊控制器于一體，由焊槍電極運動伺服控制系統(tǒng)和焊槍平衡控制系統(tǒng)組成，兩者通過Interbus-S總線形式實現(xiàn)通訊。焊槍的運動及參數(shù)均由上位機（機器人或PLC）控制和設置。

為縮短點焊槍故障處理時間，降低停線風險，急需一套焊槍離線測試檢修設備。由于焊槍為新型進口產(chǎn)品，國內(nèi)無配套測試設備，因此本文利用PLC（S7 317F）及Phoenix公司的Proxy等設備自行研究設計了一套點焊槍離線測試檢修設備。為實現(xiàn)人機交互和焊接功能，該設備還使用了西門子公司的MP277觸摸屏和BOSCH中頻焊機控制器，它們通過Interbus-S總線連接到PLC系統(tǒng)中。

1　氣伺服點焊槍簡介

1.1工作原理

點焊槍依靠伺服氣缸，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[1]。

1.2基本結(jié)構(gòu)

點焊槍結(jié)構(gòu)主要包括：靜臂電極、動臂電極、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]。伺服控制模塊為點焊槍的大腦，控制著點焊槍所有動作，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　自動伺服點焊槍

2　離線測試檢修設備設計

2.1硬件設計

在本設計方案中，PLC作為上位機控制著整個測試系統(tǒng)中的設備，包括點焊槍、BOSCH焊接控制器、MP277觸摸屏、Proxy網(wǎng)關等。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，從而實現(xiàn)點焊槍伺服模塊、BOSCH焊接控制器與PLC的通訊。測試設備硬件設計方案如圖2所示。

圖2　測試設備硬件設計方案

2.2PLC硬件組態(tài)

按照硬件設計方案圖鋪設好網(wǎng)絡線后，需在PLC硬件組態(tài)中將現(xiàn)場網(wǎng)絡實現(xiàn)通信功能?？砂凑障旅姘藗€步驟進行[4]：

（1）添加一臺機架RACK 300；

（2）在RACK 300機架的2號槽中插入CPU 317F-2 PN/DP；

（3）添加一條DP總線，并設置其波特率為1.5 M；

（4）添加一條PN總線，并設置其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)關掛接到PN總線中；

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

（7）在Proxy的第4插槽內(nèi)添加一個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5Words DI/DO模塊，該模塊為點焊槍的SMC模塊。

至此，PLC硬件組態(tài)配置完成。點焊槍測試平臺硬件組態(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實現(xiàn)控制點焊槍功能，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)點焊槍動作功能，將軟件程序結(jié)構(gòu)分為四個功能塊，分別為：R位動作控制功能塊、M位動作控制功能塊、V位動作控制功能塊和焊接控制功能塊。按照點焊槍動作分塊編程，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人機界面

現(xiàn)場使用的點焊槍氣缸缸徑、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)點焊槍型號將上述參數(shù)手動輸入到PLC系統(tǒng)中。為方便測試人員操作，以西門子公司的MP277觸摸屏作為人機界面（Human Machine Interface，HMI），大大降低了測試人員的操作難度，提高了便利性。點焊槍基本參數(shù)設置界面如圖5所示。五個基本參數(shù)是：

（1）焊槍類型——現(xiàn)場點焊槍有C型和X型兩種；

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

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

（4）最大開口——為動臂與靜臂之間的距離，每把點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焊槍速度，調(diào)節(jié)范圍為0～15（其中0對應 100%，15對應20%，按5%依次遞減）。顯而易見，當此參數(shù)設置為0時，點焊槍運動速度最快；反之則最慢。

圖5　基本參數(shù)設置

3　結(jié)束語

在點焊槍離線測試檢修設備功能設計中，通過Interbus協(xié)議將PLC、BOSCH焊接控制器、點焊槍等設備連通，從而利用PLC控制實現(xiàn)了點焊槍測試功能，解決了之前點焊槍維修需要3～4名維修工到生產(chǎn)線上進行在線檢測的問題，克服了費時費力、生產(chǎn)風險性大等難題，有效降低了生產(chǎn)線停線風險，大幅提高了勞動生產(chǎn)率。

[1]付先平. 淺談伺服焊槍在車身焊接中的應用[J]. 科技經(jīng)濟導報, 2015(13): 33-35.

[2]李靖. 點焊機器人焊鉗的設計[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計研究[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工程應用技術[M]. 北京: 機械工業(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)技術創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.041