自动化焊接生产线在奇瑞A3车型中的应用实例

1．前言

      A3车型是奇瑞公司的战略转型车型，为打造五星安全品质，对该车型提出更加苛刻的质量要求。焊装车身的制造水平提高依赖于先进的焊接设备，公司引进柯马公司的自动化生产线，完成车身下部和车身总成的焊接任务，以符合更高的焊接质量要求。

第一部分  A3自动化生产线设计纲领

第二部分  电气控制系统

第三部分  点焊机器人系统

第四部分  其他系统

4.1    滚床系统

4.2    OPENGATE

4.3    机械化输送悬链和BUFFER

4.4    车型识别和生产管理系统

4.5    激光检测系统

4.6    安全系统

第一部分A3自动化生产线设计纲领

       主要负责A3三厢和A3两厢两种车型白车身总成的生产，下部线和主焊线是混线自动化生产线，年产能约为20万辆。

      车身下部线完成发动机仓、前地板、后地板等总成零件的拼装焊接工作，适应车身下部高强度的焊接要求。主要由27台机器人完成焊接工作、零件抓取，整条线还包括自动化输送悬链，零件缓存器。

       主焊线主要是完成车身下部、侧围、顶盖、包裹架等总成的拼装焊接工作。由滚床、OPENGATE、和31台机器人组成。

      主焊线OP130工位为在线激光检测系统，由4台机器人带动激光检测系统，对车身尺寸关键点进行在线检测。

 第二部分 电气控制系统

       A3自动化生产线共有两个部分组成,分为车身下部线和主焊线,有5条空中输送线,工艺流程为发动机仓、前地板、后地板分别由3条输送线输送至车身下部线，车身下部经空中输送至主焊线，然后通过空中输送线输送至调整线。

      整条生产线有车型识别系统一套，辊床一套、涂胶设备8套、COMAU机器人62台，采用SICK的安全保护设备，采用带有安全集成功能的CPU 416F-2的西门子PLC。控制部分的采用工业以太网和PROFIBUS（现场总线）连接，见图控制部分示意图。

控制部分示意图

      现场总线PROFIBUS,是用了7层模型的1、2层，精简的结构保证了数据的高速传输。主要应用于现场分散的I/O设备。PROFIBUS-DP网络由以下几部分组成（如图2）：1主控器（PLC）;2现场I/O模块（ET200S），用于连接各种I/O设备；3其他智能装置，如变频器，触摸屏等；4.网络附件（交换机等）。它能够直接完成设备的顺序、连锁、闭环控制，完成过程参数的采集以及报警功能。

      PLC下面的从站模块通过两条PROFIBUS支路进行硬件配置分别有1.MPI网络的网络模块配置2.DP网络的模块配置。PLC与PLC之间的通讯通过DP/DP COUPLER完成。PLC与PLC之间的通讯通过DP/DP COUPLER完成

      两条自动化生产线和5条空中输送线由CPU 416－2DP、CPU 315－2DP的13台西门子PLC控制。PLC可向系统提供分析设备运行状态和发生故障点的信息。每条生产采用1台西门子人机界面PC870进行控制，通过自身的MPI接口与PLC连接，内部安装西门子组态监控软件WINCC。整条生产线采用两种总线模式，PLC与机器人间及PLC与I/O设备之间采用PROFIBUS现场总线进行通讯。PLC与PLC间的通讯全部采用西门子生产的CP443—1交换机进行通讯和数据交换。

       机器人和人机界面采用PROFIBUS通讯协议，开关、电磁阀、按钮、指示灯、I/O从站等全部采用现场总线，区域内PLC间的通讯通过DP/DP Coupler进行信号交换，区域间的PLC通过工业以太网进行通讯。这种总线的组合方式，节约了大量的接线工作，同时实现对整个系统的控制，过程状态显示、故障报警信息的显示，使得整个系统操作简便、维护方便、可靠性高。

        西门子的人机界面HMI为整条生产线的运行与维修提供了强大的保证。在机器人界面上通过组态软件进行动态调试、人机界面按操作菜单分为工位平面布置图见图2、各设备状态图见图3等。人机界面能够显示线内的设备分布状态、并用不同的颜色显示设备的不同状态、如运行、停止、故障等信息。子菜单内可显示PLC与I/O的状态图3，显示变频器（）、机器人的故障信息见图4。当有故障时能自动弹出报警信息，并对报警信息进行记录进行归档统计，保留历史故障记录ZAOCHE168.com，为日后维修与点检设备时提供参考依据。

设备平面布置图

设备状态

网络通讯监控

设备故障信息

       所有的操作界面使用西门子公司的HMI，避免了传统的面板接线复杂、劳动强度大、观察、维修不方便的弊病。在该生产线中成功地应用了西门子公司的SIMATIC产品的技术，其中Profibus场总线和工业以太网技术在该系统中起到关键作用。

第三部分 点焊机器人系统

       在汽车焊接工艺中，点焊占整车焊焊接的很大一部分，奇瑞A3自动化生产线焊接系统主要由点焊机器人系统系统组成。点焊机器人系统包括机器人本体、机器人控制器、点焊控制器、自动电极修磨机、自动工具交换装置、气动点焊钳、水气供应的水气控制盘等。

       A3点焊机器人系统全部采用COMAU工业机器人及相关设备。这些点焊机器人通过控制系统可以进行A3两厢车型和三箱车型的自动识别和切换。

焊接机器人系统

       焊接机器人是典型的机电一体化高科技产品，功能强大、操作简便。点焊机器人系统的控制方式是：由机器人控制柜通过通信网络同生产线PLC西门子控制柜构成机器人焊接生产系统。机器人系统内的点焊控制器、自动电极修磨机、自动工具交换装置、水气控制盘等装置由机器人控制。机器人系统根据上位PLC的车型信号输入来调用对应的机器人焊接程序进行车身装配焊接。

3.1中频焊接技术的应用

       为了使A3获得更加优异的碰撞性能，在A3的车身结构中，大量的采用高强度钢板，同时纵梁等关键结构采用激光拼焊钢板，传统的工频焊接技术无法使得在焊接高强度钢板时获得最好的剪切强度和抗疲劳强度。为了克服工频焊接技术的弊病，在车身下部线采用中频焊接。在A3线中采用BOSCH中频焊接控制器和NIMAK的中频焊钳。

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