西門子PLC網(wǎng)絡(luò)在車橋生產(chǎn)線的應(yīng)用

1、裝訂線湖北文理學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙分類號(hào) 密級(jí) U D C 編號(hào) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 PLC網(wǎng)絡(luò)在車橋生產(chǎn)線上的應(yīng)用 院 （系） 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化年 級(jí) 機(jī)制0912 學(xué)生姓名 鄭元一 學(xué) 號(hào) 2009116249 指導(dǎo)教師 吳何畏 二一三 年 五 月湖北文理學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用

2、授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密 ，在_年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密 。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日PLC網(wǎng)絡(luò)在車橋生產(chǎn)線上的應(yīng)用摘 要：汽車及裝備制造業(yè)是襄陽(yáng)市乃至湖北省的重要支柱產(chǎn)業(yè)，在整車生產(chǎn)中，車橋是至關(guān)重要的部件之一。目前我市的車橋

3、生產(chǎn)企業(yè)取得了顯著的發(fā)展，但其焊裝生產(chǎn)線仍存在自動(dòng)化程度不高、生產(chǎn)效率低、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控不完善的現(xiàn)象，因此在車橋生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本課題針對(duì)某企業(yè)車橋自動(dòng)焊裝線的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用西門子TIA全集成自動(dòng)化解決方案，構(gòu)建PROFIBUS、PROFINET、INTERNET三層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)設(shè)備通訊和數(shù)據(jù)庫(kù)訪問，且具有信息共享和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。車間級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)層的通訊采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，西門子S7-200PLC作為PROFIBUS從站來控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并配有觸摸屏對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，S7-300PLC作為現(xiàn)場(chǎng)上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。PROFINET工業(yè)以太

4、網(wǎng)作為控制室的局域網(wǎng)，工業(yè)計(jì)算機(jī)安裝WINCC作為上位機(jī)采集生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)作為WEB服務(wù)連接INTERNET，使其他計(jì)算機(jī)可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問、診斷和維護(hù)。實(shí)踐證明，本設(shè)計(jì)提升了焊裝線的自動(dòng)化程度，提高了生產(chǎn)效率，也對(duì)其它企業(yè)的生產(chǎn)線自動(dòng)化改造有一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞：車橋；PLC；PROFIBUS；PROFINET；WINCC PLC network in the automobile axle production lineAbstract：Automobile and equipment manufacturing is an important pillar indu

5、stry of xiangyang city and hubei province, In the vehicle production, axle is one of the crucial parts.At present axle manufacturers in our city made significant development , but there is still a low degree of automation ，the low production efficiency, imperfect data acquisition and monitoring in w

6、elding production line ,therefore in the axle production line automation and network has very important practical significance.This topic design for field equipment and communications networks in automatic axle welding line of an enterprise, Solutions adopt Siemens Totally Integrated Automation, bui

7、ld PROFIBUS,PROFINET, INTERNET three-layer network to make equipment communications and database access possible ,moreover with functions of information sharing and remote monitoring .Workshop level and field level communication depend on PROFIBUS-DP fieldbus ,Siemens S7-200PLC as PROFIBUS slave to

8、control field devices ,and is equipped with a touch screen to monitor equipment,S7-300 collect data as a filed host .PROFINET industrial Ethernet as a LAN of control room , industrial PC with WINCC as the host cop to collect the real-time data in the process of production, at the same time as a WEB

9、server to the INTERNET, enable other computers remote access, diagnosis and maintenance through the Internet.Fact has proved that this design improved the automatic degree of welding line,and improve the production efficiency, it also has certain reference significance to Production line automatic t

10、ransformation of other enterprises.Key words: Automobile axle;PLC; PROFIBUS; PROFINET; WINCC目 錄摘 要IIIAbstractIV1緒論11.1車橋及其加工過程概述11.2焊接生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制21.3課題主要內(nèi)容22 PLC多層網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)42.1工藝流程分析42.2控制系統(tǒng)選型52.3需求分析52.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)63底層控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)83.1底層控制設(shè)備概述83.2雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)113.3埋弧焊接專機(jī)163.4加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)233.5單機(jī)器人焊接工作站274三層PLC網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)計(jì)314.

11、1工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)314.1.1工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)314.1.2 TIA全集成自動(dòng)化314.2現(xiàn)場(chǎng)總線介紹324.3控制級(jí)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通訊設(shè)計(jì)344.3.1 PROFIBUS總線344.3.2 PROFIBUS連接354.3.3 PROFIBUS組態(tài)374.4操作級(jí)PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)通訊設(shè)計(jì)404.4.1 PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)404.4.2 PROFINET連接424.4.3 PROFINET組態(tài)424.4.4基于PROFINET的組件自動(dòng)化455上位機(jī)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)485.1底層設(shè)備上位監(jiān)控設(shè)計(jì)485.2上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)495.2.1WINCC介紹495.2.2上位機(jī)組態(tài)程序

12、設(shè)計(jì)515.3基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程訪問和監(jiān)控組態(tài)535.3.1因特網(wǎng)的WEB服務(wù)器構(gòu)架535.3.2遠(yuǎn)程訪問、監(jiān)控和診斷55參考文獻(xiàn)58致 謝59- 58 -1緒論1.1車橋及其加工過程概述汽車車橋又稱車軸，是行駛系統(tǒng)四大主要部分之一，車橋通過選通過懸架與車架相連接，其兩端安裝車輪。其作用為傳遞車架車輪之間的各種作用力及其力矩。根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，車橋也分成轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋四種。其中轉(zhuǎn)向橋和支持橋都屬于從動(dòng)橋。大多數(shù)汽車采用前置后驅(qū)動(dòng)(FR)，因此前橋作為轉(zhuǎn)向橋，后橋作為驅(qū)動(dòng)橋；而前置前驅(qū)動(dòng)(FF)汽車則前橋成為轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，后橋充當(dāng)支持橋。車橋的加工主要經(jīng)過以下幾步：第一步，原材

13、料經(jīng)過火焰切割成型后，在對(duì)切割完成的塊狀鋼板進(jìn)行橋半殼模型的沖壓；第二步，經(jīng)沖床沖壓完成的橋半殼在切割機(jī)上進(jìn)行半殼接縫坡口及半殼接縫平滑切割；第三步，切割完成的橋半殼在埋弧焊接專機(jī)上完成焊接口成為車橋的基本主體；第四步，主橋殼根據(jù)需求，完成不同的工序，包括打孔、加強(qiáng)圈環(huán)形焊接、數(shù)控等離子環(huán)形切割；第五步，經(jīng)以上幾步工序完成的主橋殼在進(jìn)行法蘭盤環(huán)形焊接、橋蓋環(huán)形焊接后將外購(gòu)車橋附件經(jīng)機(jī)器人單工位焊接完成整個(gè)車橋的焊接工序，最后發(fā)黑和包裝。主要加工過程如圖1.1所示。圖1.1車橋加工過程1.2焊裝生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制汽車車橋制造業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線最早可追溯到20世紀(jì)50年代的福特生產(chǎn)線, 歷經(jīng)了手工、

14、（半）自動(dòng)剛性、（半）自動(dòng)柔性生產(chǎn)線等不同的階段。自動(dòng)化車橋焊接生產(chǎn)線及控制系統(tǒng)雖然經(jīng)過了較長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)展，總體水平有了很大的提高，但自動(dòng)化水平仍有進(jìn)一步提升空間。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及汽車工業(yè)發(fā)展的自動(dòng)化水平需求的不斷提高，焊接機(jī)器人等在汽車車橋制造中發(fā)揮越來越大的作用。PLC是一種實(shí)現(xiàn)控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，由于它具有功能強(qiáng)、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力強(qiáng)，以及接線簡(jiǎn)單、編程靈活、方便等特點(diǎn), 因此在各類生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，在各類行業(yè)中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)經(jīng)歷了多代的改進(jìn)，正朝著多兼容性、網(wǎng)絡(luò)集成化、控制集散化、高端智能化的方向發(fā)展。在車橋的生產(chǎn)過程中能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)

15、控整個(gè)生產(chǎn)過程是很重要的，不僅要讓一線生產(chǎn)工人能夠快速、精準(zhǔn)的對(duì)車間汽車車橋生產(chǎn)線進(jìn)行控制，而且還要使生產(chǎn)線工程師負(fù)責(zé)人同樣可以通過工控機(jī)上的上位組態(tài)軟件及時(shí)掌控整個(gè)生產(chǎn)線的工作狀況。因此對(duì)于焊裝生產(chǎn)線中的自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，第一，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與質(zhì)量；第二，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化過程中的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控；第三，使得通過INTERNET遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)與故障診斷成為可能。1.3課題主要內(nèi)容本課題通過西門子TIA全集成自動(dòng)化，來完成對(duì)汽車車橋生產(chǎn)線的綜合網(wǎng)絡(luò)控制，本課題研究的主要內(nèi)容有：（1）PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 汽車車橋生產(chǎn)工藝流程分析 控制系統(tǒng)的需求分析、選型和設(shè)計(jì)（2）底層控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 底層控制

16、設(shè)備概述 對(duì)雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)、埋弧焊接專機(jī)、加強(qiáng)圈環(huán)形焊接、單機(jī)器人焊接工作站的控制設(shè)計(jì)（3）三層PLC網(wǎng)絡(luò)的通信設(shè)計(jì) PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊設(shè)計(jì) PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)的通訊設(shè)計(jì)（4）上位監(jiān)控設(shè)計(jì) 現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏上位監(jiān)控的設(shè)計(jì) 上位機(jī)的組態(tài)設(shè)計(jì) 基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程訪問和監(jiān)控組態(tài)2 PLC多層網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 工藝流程分析東風(fēng)德納車橋襄陽(yáng)工廠為生產(chǎn)卡車和汽車用車橋生產(chǎn)線，包含橋半殼的等離子切割、橋半殼的埋弧焊接、加強(qiáng)圈以及橋蓋的環(huán)形氣保焊、車橋橋端法蘭盤的環(huán)形氣保焊等部分；另外附帶一些車橋附件的焊接，如車橋安裝支架、車橋卡扣等，根據(jù)不同的焊接部件特性，有專門的設(shè)備來完成焊接任

17、務(wù)，其主要工藝流程如圖2.1所示。圖2.1車橋生產(chǎn)線主流程圖每一步工序?yàn)榱吮ＷC其最終成型的品質(zhì)，都有其嚴(yán)格的電氣控制及焊接工藝的要求。圖2-1中包含了車橋生產(chǎn)過程中主要的加工工序，其中最常用到的工藝為火焰切割、等離子切割、埋弧焊、MAG焊接，與其相對(duì)應(yīng)的設(shè)備分別為火焰切割機(jī)、雙機(jī)器人等離子切割機(jī)、橋半殼埋弧焊接專機(jī)、法蘭盤環(huán)形焊接專機(jī)、單機(jī)器人橋蓋環(huán)形焊接專機(jī)等。一條生產(chǎn)線一般由 10-15 臺(tái)設(shè)備來組成。除了原材料（鋼板）的火焰切割以及最后的發(fā)黑、包裝不參與自動(dòng)化生產(chǎn)線外，另有一些簡(jiǎn)單機(jī)械結(jié)構(gòu)工裝夾具點(diǎn)焊設(shè)備也不參與到自動(dòng)化生產(chǎn)線中。通過對(duì)主要焊接設(shè)備的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，最后實(shí)現(xiàn)整條焊接生產(chǎn)線的自

18、動(dòng)化監(jiān)控功能。2.2 控制系統(tǒng)選型現(xiàn)在的市場(chǎng)上有多種控制系統(tǒng)，它們結(jié)構(gòu)和設(shè)備各不相同，各有各的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，在不用的應(yīng)用場(chǎng)合發(fā)揮著重要的作用。（1） DCS,(distributed control systems),又稱為分散控制系統(tǒng)，是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別控制生產(chǎn)過程中多個(gè)控制回路，同時(shí)又可集中獲取數(shù)據(jù)、集中管理和集中控制的自動(dòng)控制系統(tǒng) 。DCS以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，以微機(jī)分散控制，操作和管理集中為特性，集先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、CRT技術(shù)和控制技術(shù)即4C技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng)。其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。由于是從儀表自動(dòng)化發(fā)展而來，DCS傾向于數(shù)據(jù)采集和處

19、理，而在邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制上比較弱，因此，DCS更多地用于化工、電力、石油這樣的過程自動(dòng)化當(dāng)中。（2） PLC系統(tǒng)，（Programmable Logic Controller），又稱為可編程邏輯控制器，是以PLC為核心，數(shù)據(jù)需要集中采集和控制的系統(tǒng)。PLC由電氣自動(dòng)化發(fā)展而來，具有可靠性高、編程容易、運(yùn)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，PLC傾向于邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，而在過程控制和通訊方面稍弱，所以，PLC更多地用于汽車、機(jī)械、食品等工廠自動(dòng)化當(dāng)中。（3） FCS，（Fieldbus Control System），又稱為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，它是用現(xiàn)場(chǎng)總線這一開放的、具有互操作性的網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)各

20、個(gè)控制器和儀表及儀表設(shè)備互聯(lián)，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，同時(shí)控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，降低了安裝成本和維修費(fèi)用。FCS是由DCS和PLC發(fā)展而來，既具有PLC的邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制功能強(qiáng)的特點(diǎn)，又兼顧DCS的通訊和數(shù)據(jù)采集，在未來有望成為自動(dòng)化系統(tǒng)的主流。在本課題中，現(xiàn)場(chǎng)加工側(cè)重于邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制，設(shè)備之間的運(yùn)動(dòng)同步需要高速的通訊，對(duì)于實(shí)時(shí)性有著比較高的要求，因此選用PLC為核心，采用通訊網(wǎng)絡(luò)連接所有設(shè)備的控制系統(tǒng)。2.3 需求分析汽車車橋生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要從公司要求、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、工藝要求這幾方面，同時(shí)兼顧設(shè)備本身的工作方式，那么需要考慮以下幾點(diǎn)：（1） 整條生產(chǎn)線上的設(shè)備是分散放置的，并且需

21、要能夠獨(dú)立完成工作，所以每個(gè)設(shè)備連接各自的控制器，并且單臺(tái)設(shè)備需要足夠的可操作性。（2） 生產(chǎn)線上的設(shè)備不僅需要獨(dú)立工作，還需要和上位機(jī)或其他設(shè)備進(jìn)行交互，那么需要現(xiàn)場(chǎng)總線把它們連接在一起。（3） 處于操作層的上位機(jī)在控制室，對(duì)處理車間現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)需要極強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，并且作為上位機(jī)需要收集整個(gè)車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，因此需要大容量、高速度的通訊方式。（4） 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)惡劣，現(xiàn)場(chǎng)溫度高、灰塵大、電磁干擾強(qiáng)，整個(gè)生產(chǎn)線的通訊需要高可靠性，并且抗電磁干擾能力強(qiáng)。（5） 整個(gè)車間的設(shè)備除了能在控制室進(jìn)行監(jiān)控之外，還需要管理級(jí)或者其他地方的計(jì)算機(jī)也能對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問和監(jiān)控。2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)PLC多層

22、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的需求分析，設(shè)計(jì)了PLC多層控制網(wǎng)絡(luò)。在本系統(tǒng)中，主要包含了三層通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，分別為控制層、操作層和管理層，底層包含6大加工環(huán)節(jié)，分別為切割、沖壓、埋弧焊接、打孔、MAG焊接、單工位焊接，主要設(shè)備有大型數(shù)控沖床1臺(tái)、雙機(jī)器人等離子切割機(jī)1臺(tái)、橋半殼埋弧焊接專機(jī)1臺(tái)、單臂打孔專機(jī)1臺(tái)、法蘭盤環(huán)形焊接專機(jī)1臺(tái)、單機(jī)器人橋蓋環(huán)形焊接專機(jī)1臺(tái)、雙機(jī)器人單工位焊接專機(jī)1臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)的框架如圖2.2所示。圖2.2汽車車橋焊接生產(chǎn)線框架圖（1） 底層控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在本項(xiàng)目控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，底層每臺(tái)設(shè)備不僅能夠獨(dú)自操作、同時(shí)還要能夠?qū)崿F(xiàn)與上位機(jī)之間的信息實(shí)時(shí)交互及信號(hào)的傳遞。根據(jù)控制主體的要求，

23、同時(shí)考慮通訊和擴(kuò)展功能，采用西門子S7-200系列的PLC作為控制器，S7-200系列雖然是小型PLC，但其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能，因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200比起其他PLC具有內(nèi)置功能豐富、通訊功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，尤其適合在車橋生產(chǎn)車間中使用。對(duì)于一些控制要求簡(jiǎn)單的設(shè)備，采用S7-200獨(dú)立控制而不接入PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線以減少工程成本。（2） 控制級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)計(jì)，由于汽車車橋焊接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，燃絲煙霧刺激性較重，另外弧光、熱度較大，所以現(xiàn)場(chǎng)總線需要極高可靠性。西門子的PROFIBUS是一種國(guó)際化、開放化、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)

24、總線標(biāo)準(zhǔn)，具有高速率、開放性好、可以靈活擴(kuò)展、安全可靠的特點(diǎn)，因此選用PROFIBUS作為現(xiàn)場(chǎng)總線。（3） 操作級(jí)通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，操作層作為從車間到控制室的通訊網(wǎng)絡(luò)，連接工業(yè)計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線以進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集，因此，需要大容量和高速率的通訊方式，并且對(duì)于實(shí)時(shí)性有極高的要求。PROFINET是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線（如PROFIBUS）。除了具有工業(yè)以太網(wǎng)開放性好、軟硬件成本低廉、通訊速率高、可以接入互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)外，PROFINET還具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、分布式IO、故障診斷方便的優(yōu)點(diǎn)，因此選擇PROFINET作為操作級(jí)的總線（4） 上位機(jī)和遠(yuǎn)程的

25、監(jiān)控設(shè)計(jì)，組態(tài)軟件是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層的軟件平臺(tái)或開發(fā)環(huán)境下完成數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，通過靈活的組態(tài)方式，提供良好的開發(fā)和簡(jiǎn)捷的使用方法，組態(tài)軟件搭配人機(jī)界面可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控。觸摸屏作為一種可視化的人機(jī)接口，具有體積小、堅(jiān)固耐用、操作方便、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境下對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，西門子觸摸屏作為TIA全集成自動(dòng)化的一環(huán)，可以大量減少組態(tài)時(shí)間，因此選用西門子觸摸屏作為現(xiàn)場(chǎng)上位監(jiān)控設(shè)備。從整個(gè)系統(tǒng)考慮，汽車車橋的焊接生產(chǎn)過程需要及時(shí)了解線上設(shè)備的運(yùn)行狀況以及焊接參數(shù)等重要信息，本設(shè)計(jì)采用上位機(jī)工控機(jī)WINCC和下位機(jī)S7-300結(jié)合的方法來完成，西門子WINCC是第一

26、個(gè)使用最新的32位技術(shù)的過程監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的開放性和靈活性，尤其在組態(tài)西門子設(shè)備的時(shí)候，能簡(jiǎn)單、直觀和高效，因此，本設(shè)計(jì)采用WINCC作為上位機(jī)監(jiān)控軟件。S7-300PLC具有強(qiáng)大的通訊和指令運(yùn)算能力，所以采用西門子S7-300PLC作為下位機(jī)來采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。3底層控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1底層控制設(shè)備概述汽車車橋焊接生產(chǎn)過程中，每一環(huán)節(jié)都有其特有的生產(chǎn)工藝要求，在第二章介紹的車橋生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，并不是每個(gè)環(huán)節(jié)都是一成不變的，例如打孔、加強(qiáng)圈環(huán)形焊接、數(shù)控等離子環(huán)形切割三個(gè)環(huán)節(jié)就是相互獨(dú)立的，雖然其先后順序并沒有嚴(yán)格的限制，但每一單臺(tái)設(shè)備都要具有獨(dú)立可操作性。又因?yàn)榫€上所有設(shè)備分布在車間不同的位置，所

27、以對(duì)于整條線上設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)集成控制又是必不可少的。在進(jìn)行單臺(tái)設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，通訊模塊的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)這一要求的重要保障。底層設(shè)備和PLC以及模塊如圖3.1所示。圖3.1底層設(shè)備相應(yīng)PLC及模塊（1） 底層控制設(shè)備的PLC采用西門子S7-200中的CPU226，其主要參數(shù)如表3.1所示。表3.1 CPU226參數(shù)常規(guī)參數(shù)外形尺寸190*80*62程序存儲(chǔ)區(qū)16384字節(jié)數(shù)字量I/O24I/16O擴(kuò)展模塊數(shù)量7個(gè)單相高速計(jì)數(shù)器6路30KHZ雙相高速計(jì)數(shù)器4路20KHZ脈沖輸出2路20KHZ模擬電位器2個(gè)通訊口2個(gè)RS-485I/0映像區(qū)128I/128O布爾指令運(yùn)算速度0.22s（2） 數(shù)字量擴(kuò)展模塊，數(shù)字

28、量擴(kuò)展模塊用來擴(kuò)展PLC的數(shù)字量輸入輸出，其類型和數(shù)量如表3.2所示。表3.2數(shù)字量擴(kuò)展模塊模塊名稱點(diǎn)數(shù)類型數(shù)量數(shù)字量輸出模塊EM2228DO24VDC1數(shù)字量輸入輸出模塊EM2234DI/4DO24VDC1數(shù)字量輸入輸出模塊EM2238DI/8DO24VDC1數(shù)字量輸入輸出模塊EM22316DI/16DO24VDC2數(shù)字量輸入輸出模塊EM22332DI/32DO24VDC1（3） 模擬量擴(kuò)展模塊，加強(qiáng)圈環(huán)形專機(jī)需要模擬量輸入輸出，因此擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊EM235，該模塊的輸入輸出規(guī)范如表3.3和3.4所示。表3.3 EM235輸入規(guī)范常規(guī)參數(shù)雙極性，滿量程-32000 - +32000單極性

29、，滿量程差分 0 - 32000DC 輸入阻抗2M歐姆電壓輸入 250歐姆電流輸入輸入范圍電壓：可選擇的 電流：0-20mA輸入類型差分模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)間<250us最大輸入電壓DC最大輸入電流32mA精度 雙極性 單極性11位，加1符號(hào)位，12位表3.4 EM235輸出規(guī)范常規(guī)參數(shù)隔離（現(xiàn)場(chǎng)與邏輯）無建立時(shí)間 電壓輸出 電流輸出100us  2毫秒信號(hào)范圍 電壓輸出 電流輸出±10V 0-20mA最大驅(qū)動(dòng) 電壓輸出 電流輸出5000歐姆最小，500歐姆最大分

30、辨率，滿量程 電壓 電流11位 11位數(shù)據(jù)字格式 電壓 電流-32000 - +32000 0 - +32000典型地滿量程的±0.5% 滿量程的±0.5%（4） 定位模塊，定位模塊EM253輸出高速脈沖，以控制步進(jìn)/伺服電機(jī)，該模塊技術(shù)規(guī)范如表3.5所示。表3.5 EM253技術(shù)規(guī)范常規(guī)參數(shù)EM輸入點(diǎn)5EM輸出點(diǎn)8外部供電電壓11至30V絕緣（現(xiàn)場(chǎng)到邏輯電路）500VAC 1分鐘輸入延遲時(shí)間0.2毫秒到12.8毫秒輸出類型漏極開路輸出延遲時(shí)間30微秒，最大值切換頻率200KHZ，最大值（5） PROFIBUS-DP通訊模塊

31、。通訊模塊EM277用來連接PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，該模塊的技術(shù)規(guī)范如表3.6所示。表3.6 EM277技術(shù)規(guī)范通信模塊EM 277 Profibus DP 模塊接口1 個(gè)通信接口 RS 485所支持的協(xié)議：MPI從站 - Profibus-DP從站傳輸速率9,600baud - 12Mbaud自適應(yīng)電纜最大長(zhǎng)度（無轉(zhuǎn)發(fā)器）1200 m（傳輸速率為 93,75kbaud）尺寸（W x H x D）mm71 x 80 x 62功耗，單位：W2.5V-DC 要求 +5V DC90mA 220mA（+24V）3.2雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)是整個(gè)生產(chǎn)線中較為重要的設(shè)備之一，

32、在鋼板沖壓基本成型之后都要進(jìn)行切割二次成型，使汽車車橋半殼符合焊接條件。改進(jìn)的切割專機(jī)采用等離子切割、PLC網(wǎng)絡(luò)控制，既可以防止橋半殼成型的變形，又大大提高了工作的效率。（1）雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)設(shè)備主體結(jié)構(gòu) 設(shè)備主體結(jié)構(gòu)由雙機(jī)器人，工件切割支架，主底座、全封閉防護(hù)罩、機(jī)器人控制柜及等離子電源等組成，各系統(tǒng)之間通過電纜連接成一個(gè)有機(jī)的整體，便于設(shè)備的控制與安裝。該設(shè)備外觀如圖3.2所示。圖3.2雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)（2）雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)焊接工藝流程雙機(jī)器人等離子切割過程分為A、B工位切割過程，其中A、B過程相同，其切割過程主要分以下幾部分。第一部分為工件定位。通過控制氣缸動(dòng)作，將預(yù)焊

33、接工件固定在工件切割支架臺(tái)面上。第二部分為切割工件。對(duì)機(jī)器人動(dòng)作進(jìn)行參數(shù)示教并對(duì)等離子切割電源參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定。按照設(shè)定好的參數(shù)及控制程序要求，最終完成工件的切割。第三部分為松開工件。當(dāng)檢測(cè)到切割完成后，控制氣缸動(dòng)作松開工件。雙機(jī)器人等離子切割流程如圖3.3所示。圖3.3雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)工作流程圖（3）雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)I/O變量I/O變量如表3.7所示。整個(gè)雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)控制器信號(hào)主要用于三部分別的控制及信息交互。第一部分為PLC與雙機(jī)器人之間的控制信息交互。PLC輸出控制信號(hào)分別輸入雙機(jī)器人控制器信號(hào)輸入端，同時(shí)雙機(jī)器人控制器信號(hào)輸出端也將一些信號(hào)輸入 PLC中。第二部分

34、為PLC與A、B切割機(jī)之間的控制信息交互。PLC通過輸出控制信號(hào)控制切割機(jī)的啟停等，同時(shí)切割機(jī)也將信號(hào)反饋回PLC中。第三部分為PLC開關(guān)控制輸入信號(hào)及輸出控制氣缸動(dòng)作信號(hào)等。外部開關(guān)輸入PLC相應(yīng)控制信號(hào)，PLC輸出通過電磁閥控制氣缸的動(dòng)作。表3.7 雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)I/O變量表輸入地址注釋輸出地址注釋I0.0急停Q0.0-Q0.2A切割機(jī)用I0.1自動(dòng)/手動(dòng)Q0.3-Q2.0A機(jī)器人用I0.2A機(jī)器人Q2.0-Q3.6B機(jī)器人用I0.3B機(jī)器人Q3.7A機(jī)器人急停I0.4接觸報(bào)警Q4.0A機(jī)器人伺服ONI0.5A中間壓緊Q4.1B機(jī)器人急停I0.6A端部壓緊Q4.2B機(jī)器人伺服ONI

35、0.7A急停Q4.3紅燈I1.0B中間壓緊Q4.4黃燈I1.1B端部壓緊Q4.5綠燈I1.2B急停Q4.6蜂鳴器I1.3A啟動(dòng)Q4.7-Q5.2工件A處氣缸動(dòng)作用I1.4B啟動(dòng)Q5.3-Q5.6工件B處氣缸動(dòng)作用I1.5-I3.3A機(jī)器人用Q5.7門打開I3.4-I3.6A切割機(jī)用Q6.0-Q6.2B切割機(jī)用I3.7工件A處壓緊到位I4.0工件A處左松開到位I4.1工件A處右松開到位I4.2-I6.2B機(jī)器人用I6.1-I6.3B切割機(jī)用I6.4工件B處壓緊到位I6.5工件B處左松開到位I6.6工件B處右松開到位I6.7空壓檢測(cè)（3）雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)硬件選型及外圍電路設(shè)計(jì)雙機(jī)器人等離子切

36、割專機(jī)輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多，數(shù)字量共有56個(gè)輸入和50個(gè)輸出。在CPU 226（24個(gè)輸入和16個(gè)輸出）的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展1個(gè)EM223 DI32/DO32×DC24V模塊和1個(gè)EM223 DI16/DO16×DC24V模塊，這樣PLC主機(jī)和擴(kuò)展模塊共有72個(gè)輸入和64個(gè)輸出，即滿足了系統(tǒng)的控制要求，也滿足了對(duì)于I/O口余量的設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)配備EM 277通訊模塊，最終將焊接過程中的必要參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位組態(tài)界面，從而達(dá)到對(duì)于焊接工藝的合理監(jiān)控與總結(jié)。外圍電路如圖3.4所示。圖3.4雙機(jī)器人等離子切割專機(jī)外圍電路圖3.3埋弧焊接專機(jī)埋弧焊接專機(jī)是一臺(tái)適用于重型車后橋兩半殼片對(duì)接

37、時(shí)兩條縱縫（人工點(diǎn)固）自動(dòng)焊接的專用設(shè)備。其控制系統(tǒng)以PLC為核心控制單元，可以通過控制軟件修改程序及參數(shù)來調(diào)整設(shè)備功能，使其具有很好的可更改性，是一個(gè)具有高性價(jià)比和高可靠性的控制系統(tǒng)。整個(gè)控制系統(tǒng)具有手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)焊接功能，焊槍橫向移動(dòng)、上下移動(dòng)的速度、長(zhǎng)度可通過觸摸屏預(yù)置。整個(gè)控制系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、操作簡(jiǎn)便、智能化水平高的特點(diǎn)。（1） 埋弧焊接專機(jī)設(shè)備主體結(jié)構(gòu)該設(shè)備主要由機(jī)床身、回轉(zhuǎn)頭、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（含夾具）、橫梁機(jī)構(gòu)（X向）、電動(dòng)拖板（Z向）、氣動(dòng)升降機(jī)構(gòu)、焊槍調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（手動(dòng)X、Y向）、操作合及電氣控制柜（電氣控制系統(tǒng)）、氣路系統(tǒng)、焊接電源、焊槍及送絲操作合等組成。由機(jī)床身作為

38、安裝平臺(tái)，回轉(zhuǎn)頭安裝在床身導(dǎo)軌面上，橫梁機(jī)構(gòu)立柱安裝固定在床身后側(cè)面。該設(shè)備外觀構(gòu)造、設(shè)備外觀如圖3.5所示。圖3.5埋弧焊接專機(jī)外觀（2）埋弧焊接專機(jī)焊接工藝流程：埋弧焊接專機(jī)焊接過程分為正、反兩面完成，其中正面、反面過程相同，其焊接過程為起始左右焊槍在原位，工件就位后，按“啟動(dòng)”按鈕，夾緊到位，頂緊到位，左右槍從原位觸摸屏按設(shè)定點(diǎn)行走到設(shè)定A點(diǎn)，調(diào)整后焊槍位置后，按“啟動(dòng)或行走”左右槍從設(shè)定A點(diǎn)行走到設(shè)定B點(diǎn)進(jìn)行起弧或模擬焊接動(dòng)作，焊槍從設(shè)定B點(diǎn)依次行走到最后設(shè)定E點(diǎn)停弧。完成后，焊槍回到原位，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)到翻轉(zhuǎn)到位位置，左右槍進(jìn)行反面焊接，反面焊接完成后，左右槍回到原位，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻到原位

39、，夾緊機(jī)構(gòu)松開，頂緊松開到位，焊接過程完成。埋弧焊接專機(jī)焊接流程如圖3.6所示。圖3.6埋弧焊接專機(jī)工作流程圖（3） 埋弧焊接專機(jī)I/O變量埋弧焊接專機(jī)采用左、右雙槍焊接方式進(jìn)行焊接，除去配有協(xié)調(diào)氣缸控制焊槍動(dòng)作外，還配有步進(jìn)電機(jī)控制焊槍動(dòng)作。埋弧焊接專機(jī)的主站和從站的S7-200通過RS-485通訊口連接，用PPI協(xié)議來交換數(shù)據(jù)。主、從站I/O變量如表3.8和表3.9所示。 表3.8 埋弧焊接專機(jī)主站I/O變量表輸入地址注釋輸出地址注釋I0.0自動(dòng)/手動(dòng)Q0.0-Q0.1左槍步進(jìn)電機(jī)脈沖用I0.1復(fù)位Q0.2-Q0.3左槍步進(jìn)電機(jī)脈沖用I0.2左槍Q0.4左槍升I0.3右槍Q0.5左槍降I0

40、.4啟動(dòng)Q0.6夾緊I0.5行走Q0.7松開I0.6焊槍升降Q1.0頂緊I0.7夾緊Q1.1松開I1.0停止Q1.2正翻I1.1翻轉(zhuǎn)Q1.3反翻I1.2左槍左行Q1.4左焊機(jī)啟停I1.3左槍右行I1.4左槍前行I1.5左槍后行I1.6頂緊I1.7急停I2.0左槍右限位I2.1左槍前限位I2.2左槍后限位I2.3翻轉(zhuǎn)原位I2.4 翻轉(zhuǎn)到位 表3.9 埋弧焊接專機(jī)從站I/O變量表輸入地址注釋輸出地址注釋I0.0啟動(dòng)Q0.0-Q0.3右槍步進(jìn)電機(jī)脈沖用I0.1行走Q0.4右槍升I0.2右槍左行Q0.5右槍降I0.3右槍右行Q0.6右焊機(jī)啟停I0.4右槍前行Q0.7紅燈I0.5右槍后行Q1.0黃燈I0

41、.6右槍左限位Q1.1綠燈I0.7右槍前限位Q1.2蜂鳴器I1.0右槍后限位I1.1急停（3）埋弧焊接專機(jī)硬件及外圍電路埋弧焊接專機(jī)采用并聯(lián)鏈接主、從站形式進(jìn)行控制，主站有21個(gè)輸入和13個(gè)輸出，從站有10個(gè)輸入和11個(gè)輸出，在充分考慮實(shí)際應(yīng)用及要求I/O點(diǎn)數(shù)預(yù)留情況后，主站在CPU 226（24個(gè)輸入和16個(gè)輸出）的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展1個(gè)EM223 DI4/DO4×DC 24V模塊；從站只需CPU 226就夠了。這樣主站PLC主機(jī)和擴(kuò)展模塊共有28個(gè)輸入和20個(gè)輸出；從站PLC主機(jī)有24個(gè)輸入和16個(gè)輸出，即滿足了系統(tǒng)的控制要求，也滿足了對(duì)于I/O口余量的設(shè)計(jì)要求。左、右焊槍控制用步進(jìn)電

42、機(jī)采用兩個(gè)EM253定位模塊進(jìn)行控制，從而很好的達(dá)到焊槍位置精確控制要求。系統(tǒng)配備EM 277通訊模塊，最終將焊接過程中的必要參數(shù)通過PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位組態(tài)界面，從而達(dá)到對(duì)于焊接工藝的合理監(jiān)控與總結(jié)。從站和主站的外圍電路如圖3.7和圖3.8所示。圖3.7埋弧焊接專機(jī)從站電路圖圖3.8埋弧焊接專機(jī)主站電路圖埋弧焊接專機(jī)主從站之間的通訊埋弧焊接專機(jī)主從站之間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而使兩個(gè)焊槍之間的運(yùn)動(dòng)得到精確控制，考慮到主從站的PLC都是西門子S7-200，因此采用PPI協(xié)議來進(jìn)行通訊。PPI協(xié)議是西門子專門為S7-200發(fā)開的通信協(xié)議，用于S7-200和其他S7-200或PC

43、之間的通訊，PPI網(wǎng)絡(luò)組態(tài)方便，波特率最高達(dá)187.5K，因此是S7-200PLC之間通訊的首選。PPI協(xié)議是一種主站-從站協(xié)議，主站和從站在一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)中，當(dāng)主站檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)上沒有堵塞時(shí)，將接收令牌，只有擁有令牌的主站才可以向網(wǎng)絡(luò)上的其他從站發(fā)出指令，建立該P(yáng)PI網(wǎng)絡(luò)，因此PPI網(wǎng)絡(luò)只在主站側(cè)編寫通信程序就可以了。主站得到令牌后可以向從站發(fā)出請(qǐng)求和指令，從站則對(duì)主站請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，從站設(shè)備并不啟動(dòng)消息，而是一直等到主站設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求或輪詢時(shí)才作出響應(yīng)。 S7-200CPU的PPI網(wǎng)絡(luò)通訊是建立在RS-485網(wǎng)絡(luò)的硬件基礎(chǔ)上，其通訊口是和RS-485兼容的9針D型口，用總線連接器連接CPU上的通訊接

44、口，然后用雙絞線將兩個(gè)總線連接器連接，這樣就在硬件上連接了兩臺(tái)PLC。在硬件上連接了PLC之后，S7-200之間的數(shù)據(jù)交換需要在主站編程，從站準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，主站使用NETR網(wǎng)絡(luò)讀指令從從站中讀取數(shù)據(jù)，使用NETW網(wǎng)絡(luò)寫指令向從站中寫入數(shù)據(jù)。其組態(tài)過程如圖3.9-3.14所示。圖3.9定義所需操作的條目圖3.10定義通訊口和子程序名圖3.11定義網(wǎng)絡(luò)操作圖3.12分配V存儲(chǔ)區(qū)圖3.13生成子程序和符號(hào)表圖3.14調(diào)用子程序通過以上步驟，主站和從站之間建立了通訊。3.4加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)是用來完成汽車車橋加強(qiáng)圈的焊接任務(wù)的。其控制系統(tǒng)具有手動(dòng)調(diào)節(jié)及自動(dòng)焊接控制功能。旋轉(zhuǎn)機(jī)頭轉(zhuǎn)

45、速（焊接速度）采用數(shù)字顯示，具有獨(dú)立的調(diào)速電路，撥碼開關(guān)直接預(yù)置焊縫長(zhǎng)度。傾斜角度可在0°120°范圍內(nèi)根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)。（1） 加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)設(shè)備主體結(jié)構(gòu)該設(shè)備由焊機(jī)主體、控制系統(tǒng)、焊接電源等幾大部分組成。各系統(tǒng)之間通過電纜連接成一個(gè)有機(jī)整體，便于設(shè)備的安裝和檢修。設(shè)備采用氣動(dòng)三爪卡盤定位夾緊的方式定位工件。設(shè)備輸入電源電壓AC380V±10%，壓縮空氣氣源0.50.8MPa，該設(shè)備外觀如圖3.15所示。圖3.15加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)（2）加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)設(shè)備主體結(jié)構(gòu)加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)焊接過程大體分以下幾個(gè)部分。第一部分，設(shè)置參數(shù)，其中包括電壓、電流、旋轉(zhuǎn)電

46、機(jī)旋轉(zhuǎn)速度等。第二部分，定位工件，通過控制氣缸動(dòng)作以及到位檢測(cè)等手段定位工件，使設(shè)備整體處于可焊接狀態(tài)。第三部分，啟動(dòng)焊機(jī)，按照設(shè)置好的焊接參數(shù)進(jìn)行焊縫焊接。第四部分，復(fù)位。其工藝流程圖如圖3.16所示。圖3.16加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)工作流程圖（3）加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)I/O變量I/O 變量如表3.10所示。在加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)S7-200系列PLC控制單元中，主要采用開關(guān)控制信號(hào)輸入和檢測(cè)信號(hào)輸入。通過外接繼電器和電磁閥達(dá)到輸出控制目的。系統(tǒng)配備EM235模擬量輸入輸出模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)于焊接電壓、電流以及轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度的連續(xù)控制。表3.10 加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)I/O變量表輸入地址注釋輸出地址注釋I0.

47、0轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)脈沖Q0.0正轉(zhuǎn)I0.1急停Q0.1反轉(zhuǎn)I0.2自動(dòng)/手動(dòng)Q0.2變位I0.3正轉(zhuǎn)Q0.3回位I0.4反轉(zhuǎn)Q0.4焊機(jī)起停I0.5變位Q0.5撐緊I0.6回位Q0.6松開I0.7撐緊/松開Q0.7焊槍進(jìn)I1.0焊槍進(jìn)退Q1.0焊槍退I1.1焊槍升降Q1.1焊槍升I1.2壓緊/松開Q1.2焊槍降I1.3啟動(dòng)Q1.3壓緊加強(qiáng)圈I1.4復(fù)位Q1.4松開加強(qiáng)圈I1.5壓緊到位Q1.5紅燈I1.6松開到位Q1.6黃燈I1.7焊槍進(jìn)到位Q1.7綠燈I2.0焊槍松到位Q2.0蜂鳴器I2.1焊槍升到位I2.2焊槍降到位I2.3回位到位I2.4變位到位I2.5空壓檢測(cè) （3）加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)I/O硬

48、件及外圍電路加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)有22個(gè)輸入和17個(gè)輸出，在充分考慮實(shí)際應(yīng)用及要求I/O點(diǎn)數(shù)預(yù)留情況后，在CPU 226（24個(gè)輸入和16個(gè)輸出）的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展1個(gè)EM223 DI8/DO8×DC24V模塊。這樣PLC主機(jī)和擴(kuò)展模塊共有32輸入和24個(gè)輸出，即滿足了系統(tǒng)的控制要求，也滿足了對(duì)于I/O口裕量的設(shè)計(jì)要求。配備EM235模擬量模塊電流輸出模式用于控制焊接電源的電流、電壓以及旋轉(zhuǎn)變頻器的模擬量控制。系統(tǒng)配備EM 277通訊模塊，最終將焊接過程中的必要參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位組態(tài)界面，從而達(dá)到對(duì)于焊接工藝的合理監(jiān)控與總結(jié)。外圍電路如圖3.17所示。圖3.17加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)外圍電

49、路圖3.5單機(jī)器人焊接工作站單機(jī)器人焊接工作站同樣也是整個(gè)生產(chǎn)線中較為重要的設(shè)備之一，整個(gè)汽車車橋的焊接過程中都需要工業(yè)機(jī)器人協(xié)助完成焊接。較傳統(tǒng)焊接模式相比，使用工業(yè)機(jī)器人焊接工作站焊接的成形效果以及對(duì)于焊接電壓、電流的控制都有明顯的優(yōu)勢(shì)。改用工業(yè)機(jī)器人焊接工作站后的設(shè)備采用了參數(shù)設(shè)置式焊接方式，即先將焊接電壓、電流經(jīng)行參數(shù)設(shè)置，然后再通過工業(yè)機(jī)器人的電弧跟蹤，使整個(gè)焊接過程持續(xù)在一個(gè)較穩(wěn)定的條件下完成，最終的完成效果得到了明顯的提升。（1） 單機(jī)器人焊接工作站設(shè)備主體結(jié)構(gòu)該設(shè)備由座式安裝機(jī)器人莫托曼（SGM）HP165D、莫托曼機(jī)器人系統(tǒng)+1個(gè)回轉(zhuǎn)外部軸高精度變位機(jī)、莫托曼（SGM）DM-

50、500全數(shù)字逆變焊接電源及鋁合金半封閉防護(hù)圍等幾部分組成。主體結(jié)構(gòu)如圖3.18所示。圖3.18單機(jī)器人焊接工作站（2） 單機(jī)器人焊接工作站焊接工作流程 單機(jī)器人焊接工作站焊接過程主要分為以下幾個(gè)部分：第一部分為機(jī)器人焊接動(dòng)作示教。通過示教，將機(jī)器人焊接過程中的機(jī)器人動(dòng)作進(jìn)行程序的編寫。第二部分為設(shè)定焊接參數(shù)。通過觸摸屏設(shè)定焊接電壓、電流等焊接參數(shù)。第三部分為放置工件。通過控制氣缸的動(dòng)作，使工件達(dá)到可焊接的位置。第四部分為啟動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行焊接。按照設(shè)定好的參數(shù)及動(dòng)作路線進(jìn)行焊接，焊接完成后自動(dòng)停焊，取出工件。工藝流程如圖3.19所示。圖3.19單機(jī)器人焊接工作站工作流程圖（3） 單機(jī)器人焊接工作站焊

51、接工作流程 單機(jī)器人焊接工作站I/O變量分為開關(guān)量輸入輸出以及PLC與機(jī)器人鏈接兩部分，其I/O變量如表3.11所示。輸入變量中大多來自機(jī)器人控制器反饋信號(hào)。輸出變量中除了作為機(jī)器人控制器輸入信號(hào)外，主要用于氣缸動(dòng)作的控制包括撐緊、壓緊等。還有部分輸出信號(hào)作為狀態(tài)指示用。表3.11 加強(qiáng)圈環(huán)形焊接專機(jī)I/O變量表輸入地址注釋輸出地址注釋I0.0急停Q0.0-Q2.4機(jī)器人用I0.1自動(dòng)/手動(dòng)Q2.5撐緊I0.2解除報(bào)警Q2.6松開I0.3左壓緊Q2.7左壓緊I0.4右壓緊Q3.0左松開I0.5撐緊Q3.1右壓緊I0.6啟動(dòng)Q3.2右松開I0.7左壓緊到位Q3.3焊接中I1.0右壓緊到位Q3.4

52、紅燈I1.1-I3.5機(jī)器人用Q3.5黃燈I3.6空壓檢測(cè)Q3.6綠燈Q3.7蜂鳴器（4） 單機(jī)器人焊接工作站硬件及外圍電路單機(jī)器人焊接工作站有31個(gè)輸入和32個(gè)輸出，在充分考慮實(shí)際應(yīng)用及要求I/O點(diǎn)數(shù)預(yù)留情況后，在CPU 226（24個(gè)輸入和16個(gè)輸出）的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展1個(gè)EM223 DI16/DO16×DC24V模塊和一個(gè)EM 222 DO8×DC24V模塊。這樣PLC主機(jī)和擴(kuò)展模塊共有40輸入和40個(gè)輸出，即滿足了系統(tǒng)的控制要求，也滿足了對(duì)于I/O口裕量的設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)配備EM 277通訊模塊，最終將焊接過程中的必要參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位組態(tài)界面，從而達(dá)到對(duì)于焊接工藝的

53、合理監(jiān)控與總結(jié)。外圍電路如圖3.20所示。圖3.20單機(jī)器人焊接工作站外圍電路圖4三層PLC網(wǎng)絡(luò)的通訊設(shè)計(jì)4.1工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4.1.1工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一個(gè)典型的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)包含四層：（1） 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備用來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量、傳感和加工等，主要是傳感器和執(zhí)行器，包括各種儀表、伺服步進(jìn)電機(jī)、變頻器、加工設(shè)備等，一般現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備位于車間，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的通訊網(wǎng)絡(luò)主要是把執(zhí)行器和傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上報(bào)和控制級(jí)設(shè)備，傳統(tǒng)的通訊方式為模擬量0-10V的電壓或4-20MA的電流，現(xiàn)在的數(shù)字量通訊協(xié)議包括AS-i,PROFIBUS-PA等。（2） 控制級(jí)控制級(jí)設(shè)備對(duì)下用來對(duì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備進(jìn)行直接控制，對(duì)上把現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁叩募?jí)別，包括PLC、現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏等，控制級(jí)設(shè)備多在控制室、控制柜中?？刂萍?jí)的通訊網(wǎng)絡(luò)多為現(xiàn)場(chǎng)總線，包括基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線Fieldbus Foundation、西門子的PROFIBUS-DP、德國(guó)BOSCH公司的CAN、三菱的CC-link等。（3） 操作級(jí)操作級(jí)作為上位設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)和控制級(jí)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和操作，典型的操作級(jí)設(shè)備為按照了SCADA軟件的PC，操作級(jí)設(shè)備多在對(duì)一個(gè)車間中控室。操作級(jí)的通訊網(wǎng)絡(luò)多為工業(yè)以太網(wǎng)，如西門子的PROFINET，施耐德的PlantStruxure。（4） 管理級(jí)如果說操作級(jí)是對(duì)車間的監(jiān)控，管