西门子PLC网络在车桥生产线的应用.docx

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1、装订线湖北文理学院 毕业设计（论文）报告纸分类号 密级 U D C 编号 本科毕业论文（设计）题 目 PLC网络在车桥生产线上的应用 院 （系） 机械与汽车工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化年 级 机制0912 学生姓名 郑元一 学 号 2009116249 指导教师 吴何畏 二一三 年 五 月湖北文理学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用

2、授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、不保密 。（请在以上相应方框内打“”）学位论文作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日PLC网络在车桥生产线上的应用摘 要：汽车及装备制造业是襄阳市乃至湖北省的重要支柱产业，在整车生产中，车桥是至关重要的部件之一。目前我市的车桥

3、生产企业取得了显著的发展，但其焊装生产线仍存在自动化程度不高、生产效率低、数据采集和监控不完善的现象，因此在车桥生产线上实现自动化和网络化具有十分重要的现实意义。本课题针对某企业车桥自动焊装线的现场设备和通讯网络进行设计，采用西门子TIA全集成自动化解决方案，构建PROFIBUS、PROFINET、INTERNET三层网络实现设备通讯和数据库访问，且具有信息共享和远程监控功能。车间级和现场层的通讯采用PROFIBUS-DP现场总线，西门子S7-200PLC作为PROFIBUS从站来控制现场设备，并配有触摸屏对设备进行监控，S7-300PLC作为现场上位机对数据进行采集。PROFINET工业以太

4、网作为控制室的局域网，工业计算机安装WINCC作为上位机采集生产过程中的实时数据，同时作为WEB服务连接INTERNET，使其他计算机可以通过互联网进行远程访问、诊断和维护。实践证明，本设计提升了焊装线的自动化程度，提高了生产效率，也对其它企业的生产线自动化改造有一定的借鉴意义。关键词：车桥；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 录摘 要IIIAbstractIV1绪论11.1车桥及其加工过程概述11.2焊接生产线的自动化控制21.3课题主要内容22 PLC多层网络控制系统设计42.1工艺流程分析42.2控制系统选型52.3需求分析52.4系统设计63底层控制系统设计83.1底层控制设备概述83.2双机器人等离子切割专机113.3埋弧焊接专机163.4加强圈环形焊接专机233.5单机器人焊接工作站274三层PLC网络的通信设计314.

11、1工业网络结构314.1.1工业控制网络结构314.1.2 TIA全集成自动化314.2现场总线介绍324.3控制级PROFIBUS现场总线通讯设计344.3.1 PROFIBUS总线344.3.2 PROFIBUS连接354.3.3 PROFIBUS组态374.4操作级PROFINET工业以太网通讯设计404.4.1 PROFINET工业以太网404.4.2 PROFINET连接424.4.3 PROFINET组态424.4.4基于PROFINET的组件自动化455上位机监控程序设计485.1底层设备上位监控设计485.2上位机组态设计495.2.1WINCC介绍495.2.2上位机组态程序

12、设计515.3基于因特网的远程访问和监控组态535.3.1因特网的WEB服务器构架535.3.2远程访问、监控和诊断55参考文献58致 谢59- 58 -1绪论1.1车桥及其加工过程概述汽车车桥又称车轴，是行驶系统四大主要部分之一，车桥通过选通过悬架与车架相连接，其两端安装车轮。其作用为传递车架车轮之间的各种作用力及其力矩。根据驱动方式的不同，车桥也分成转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四种。其中转向桥和支持桥都属于从动桥。大多数汽车采用前置后驱动(FR)，因此前桥作为转向桥，后桥作为驱动桥；而前置前驱动(FF)汽车则前桥成为转向驱动桥，后桥充当支持桥。车桥的加工主要经过以下几步：第一步，原材

13、料经过火焰切割成型后，在对切割完成的块状钢板进行桥半壳模型的冲压；第二步，经冲床冲压完成的桥半壳在切割机上进行半壳接缝坡口及半壳接缝平滑切割；第三步，切割完成的桥半壳在埋弧焊接专机上完成焊接口成为车桥的基本主体；第四步，主桥壳根据需求，完成不同的工序，包括打孔、加强圈环形焊接、数控等离子环形切割；第五步，经以上几步工序完成的主桥壳在进行法兰盘环形焊接、桥盖环形焊接后将外购车桥附件经机器人单工位焊接完成整个车桥的焊接工序，最后发黑和包装。主要加工过程如图1.1所示。图1.1车桥加工过程1.2焊装生产线的自动化控制汽车车桥制造业的自动化生产线最早可追溯到20世纪50年代的福特生产线, 历经了手工、

14、（半）自动刚性、（半）自动柔性生产线等不同的阶段。自动化车桥焊接生产线及控制系统虽然经过了较长一段时间的发展，总体水平有了很大的提高，但自动化水平仍有进一步提升空间。随着计算机科学技术的发展以及汽车工业发展的自动化水平需求的不断提高，焊接机器人等在汽车车桥制造中发挥越来越大的作用。PLC是一种实现控制功能的工业控制计算机，由于它具有功能强、可靠性高、环境适应能力和抗干扰能力强，以及接线简单、编程灵活、方便等特点, 因此在各类生产线的控制系统中得到了广泛的应用，在各类行业中，自动化控制系统经历了多代的改进，正朝着多兼容性、网络集成化、控制集散化、高端智能化的方向发展。在车桥的生产过程中能够实时监

15、控整个生产过程是很重要的，不仅要让一线生产工人能够快速、精准的对车间汽车车桥生产线进行控制，而且还要使生产线工程师负责人同样可以通过工控机上的上位组态软件及时掌控整个生产线的工作状况。因此对于焊装生产线中的自动化系统网络化，第一，提高了产品的生产效率与质量；第二，实现了生产自动化过程中的数据采集与监控；第三，使得通过INTERNET远程访问数据与故障诊断成为可能。1.3课题主要内容本课题通过西门子TIA全集成自动化，来完成对汽车车桥生产线的综合网络控制，本课题研究的主要内容有：（1）PLC网络控制系统设计 汽车车桥生产工艺流程分析 控制系统的需求分析、选型和设计（2）底层控制系统设计 底层控制

16、设备概述 对双机器人等离子切割专机、埋弧焊接专机、加强圈环形焊接、单机器人焊接工作站的控制设计（3）三层PLC网络的通信设计 PROFIBUS现场总线的通讯设计 PROFINET工业以太网的通讯设计（4）上位监控设计 现场触摸屏上位监控的设计 上位机的组态设计 基于因特网的远程访问和监控组态2 PLC多层网络控制系统设计2.1 工艺流程分析东风德纳车桥襄阳工厂为生产卡车和汽车用车桥生产线，包含桥半壳的等离子切割、桥半壳的埋弧焊接、加强圈以及桥盖的环形气保焊、车桥桥端法兰盘的环形气保焊等部分；另外附带一些车桥附件的焊接，如车桥安装支架、车桥卡扣等，根据不同的焊接部件特性，有专门的设备来完成焊接任

17、务，其主要工艺流程如图2.1所示。图2.1车桥生产线主流程图每一步工序为了保证其最终成型的品质，都有其严格的电气控制及焊接工艺的要求。图2-1中包含了车桥生产过程中主要的加工工序，其中最常用到的工艺为火焰切割、等离子切割、埋弧焊、MAG焊接，与其相对应的设备分别为火焰切割机、双机器人等离子切割机、桥半壳埋弧焊接专机、法兰盘环形焊接专机、单机器人桥盖环形焊接专机等。一条生产线一般由 10-15 台设备来组成。除了原材料（钢板）的火焰切割以及最后的发黑、包装不参与自动化生产线外，另有一些简单机械结构工装夹具点焊设备也不参与到自动化生产线中。通过对主要焊接设备的自动化设计，最后实现整条焊接生产线的自

18、动化监控功能。2.2 控制系统选型现在的市场上有多种控制系统，它们结构和设备各不相同，各有各的特点和优缺点，在不用的应用场合发挥着重要的作用。（1） DCS,(distributed control systems),又称为分散控制系统，是由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统 。DCS以微处理机为基础，以微机分散控制，操作和管理集中为特性，集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C技术于一体的新型控制系统。其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。由于是从仪表自动化发展而来，DCS倾向于数据采集和处

19、理，而在逻辑控制和运动控制上比较弱，因此，DCS更多地用于化工、电力、石油这样的过程自动化当中。（2） PLC系统，（Programmable Logic Controller），又称为可编程逻辑控制器，是以PLC为核心，数据需要集中采集和控制的系统。PLC由电气自动化发展而来，具有可靠性高、编程容易、运算速度快的优点，PLC倾向于逻辑控制和运动控制，具有很强的实时性，而在过程控制和通讯方面稍弱，所以，PLC更多地用于汽车、机械、食品等工厂自动化当中。（3） FCS，（Fieldbus Control System），又称为现场总线控制系统，它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各

20、个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。FCS是由DCS和PLC发展而来，既具有PLC的逻辑控制和运动控制功能强的特点，又兼顾DCS的通讯和数据采集，在未来有望成为自动化系统的主流。在本课题中，现场加工侧重于逻辑控制和运动控制，设备之间的运动同步需要高速的通讯，对于实时性有着比较高的要求，因此选用PLC为核心，采用通讯网络连接所有设备的控制系统。2.3 需求分析汽车车桥生产线控制系统的设计，需要从公司要求、现场环境、工艺要求这几方面，同时兼顾设备本身的工作方式，那么需要考虑以下几点：（1） 整条生产线上的设备是分散放置的，并且需

21、要能够独立完成工作，所以每个设备连接各自的控制器，并且单台设备需要足够的可操作性。（2） 生产线上的设备不仅需要独立工作，还需要和上位机或其他设备进行交互，那么需要现场总线把它们连接在一起。（3） 处于操作层的上位机在控制室，对处理车间现场的数据需要极强的实时性和可靠性，并且作为上位机需要收集整个车间的生产数据，因此需要大容量、高速度的通讯方式。（4） 生产现场恶劣，现场温度高、灰尘大、电磁干扰强，整个生产线的通讯需要高可靠性，并且抗电磁干扰能力强。（5） 整个车间的设备除了能在控制室进行监控之外，还需要管理级或者其他地方的计算机也能对实时数据进行远程访问和监控。2.4 系统设计根据PLC多层

22、网络控制系统的需求分析，设计了PLC多层控制网络。在本系统中，主要包含了三层通讯网络的设计，分别为控制层、操作层和管理层，底层包含6大加工环节，分别为切割、冲压、埋弧焊接、打孔、MAG焊接、单工位焊接，主要设备有大型数控冲床1台、双机器人等离子切割机1台、桥半壳埋弧焊接专机1台、单臂打孔专机1台、法兰盘环形焊接专机1台、单机器人桥盖环形焊接专机1台、双机器人单工位焊接专机1台。整个系统的框架如图2.2所示。图2.2汽车车桥焊接生产线框架图（1） 底层控制系统的设计，在本项目控制系统设计中，底层每台设备不仅能够独自操作、同时还要能够实现与上位机之间的信息实时交互及信号的传递。根据控制主体的要求，

23、同时考虑通讯和扩展功能，采用西门子S7-200系列的PLC作为控制器，S7-200系列虽然是小型PLC，但其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能，因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200比起其他PLC具有内置功能丰富、通讯功能强大的特点，尤其适合在车桥生产车间中使用。对于一些控制要求简单的设备，采用S7-200独立控制而不接入PROFIBUS现场总线以减少工程成本。（2） 控制级现场总线的设计，由于汽车车桥焊接生产现场环境恶劣，燃丝烟雾刺激性较重，另外弧光、热度较大，所以现场总线需要极高可靠性。西门子的PROFIBUS是一种国际化、开放化、不依赖于设备生产商的现场

24、总线标准，具有高速率、开放性好、可以灵活扩展、安全可靠的特点，因此选用PROFIBUS作为现场总线。（3） 操作级通讯网络的设计，操作层作为从车间到控制室的通讯网络，连接工业计算机和现场总线以进行数据监控和采集，因此，需要大容量和高速率的通讯方式，并且对于实时性有极高的要求。PROFINET是新一代基于工业以太网的自动化总线标准，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）。除了具有工业以太网开放性好、软硬件成本低廉、通讯速率高、可以接入互联网的特点外，PROFINET还具有实时性强、分布式IO、故障诊断方便的优点，因此选择PROFINET作为操作级的总线（4） 上位机和远程的

25、监控设计，组态软件是在自动控制系统监控层的软件平台或开发环境下完成数据采集与过程控制的专用软件，通过灵活的组态方式，提供良好的开发和简捷的使用方法，组态软件搭配人机界面可实现对现场的监控。触摸屏作为一种可视化的人机接口，具有体积小、坚固耐用、操作方便、稳定性高等特点，适合在工业现场的恶劣环境下对设备进行监控，西门子触摸屏作为TIA全集成自动化的一环，可以大量减少组态时间，因此选用西门子触摸屏作为现场上位监控设备。从整个系统考虑，汽车车桥的焊接生产过程需要及时了解线上设备的运行状况以及焊接参数等重要信息，本设计采用上位机工控机WINCC和下位机S7-300结合的方法来完成，西门子WINCC是第一

26、个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性，尤其在组态西门子设备的时候，能简单、直观和高效，因此，本设计采用WINCC作为上位机监控软件。S7-300PLC具有强大的通讯和指令运算能力，所以采用西门子S7-300PLC作为下位机来采集现场数据。3底层控制系统设计3.1底层控制设备概述汽车车桥焊接生产过程中，每一环节都有其特有的生产工艺要求，在第二章介绍的车桥生产环节中，并不是每个环节都是一成不变的，例如打孔、加强圈环形焊接、数控等离子环形切割三个环节就是相互独立的，虽然其先后顺序并没有严格的限制，但每一单台设备都要具有独立可操作性。又因为线上所有设备分布在车间不同的位置，所

27、以对于整条线上设备的网络集成控制又是必不可少的。在进行单台设备设计时，通讯模块的应用是实现这一要求的重要保障。底层设备和PLC以及模块如图3.1所示。图3.1底层设备相应PLC及模块（1） 底层控制设备的PLC采用西门子S7-200中的CPU226，其主要参数如表3.1所示。表3.1 CPU226参数常规参数外形尺寸190*80*62程序存储区16384字节数字量I/O24I/16O扩展模块数量7个单相高速计数器6路30KHZ双相高速计数器4路20KHZ脉冲输出2路20KHZ模拟电位器2个通讯口2个RS-485I/0映像区128I/128O布尔指令运算速度0.22s（2） 数字量扩展模块，数字

28、量扩展模块用来扩展PLC的数字量输入输出，其类型和数量如表3.2所示。表3.2数字量扩展模块模块名称点数类型数量数字量输出模块EM2228DO24VDC1数字量输入输出模块EM2234DI/4DO24VDC1数字量输入输出模块EM2238DI/8DO24VDC1数字量输入输出模块EM22316DI/16DO24VDC2数字量输入输出模块EM22332DI/32DO24VDC1（3） 模拟量扩展模块，加强圈环形专机需要模拟量输入输出，因此扩展一个模拟量模块EM235，该模块的输入输出规范如表3.3和3.4所示。表3.3 EM235输入规范常规参数双极性，满量程-32000 - +32000单极性

29、，满量程差分0 - 32000DC 输入阻抗2M欧姆电压输入250欧姆电流输入输入范围电压：可选择的 电流：0-20mA输入类型差分模拟到数字转换时间250us最大输入电压DC最大输入电流32mA精度双极性单极性11位，加1符号位，12位表3.4 EM235输出规范常规参数隔离（现场与逻辑）无建立时间电压输出电流输出100us2毫秒信号范围电压输出电流输出10V 0-20mA最大驱动电压输出电流输出5000欧姆最小，500欧姆最大分辨率，满量程电压电流11位 11位数据字格式电压电流-32000 -+32000 0 - +32000典型地满量程的0.5% 满量程的0.5%（4） 定位模块，定位

30、模块EM253输出高速脉冲，以控制步进/伺服电机，该模块技术规范如表3.5所示。表3.5 EM253技术规范常规参数EM输入点5EM输出点8外部供电电压11至30V绝缘（现场到逻辑电路）500VAC 1分钟输入延迟时间0.2毫秒到12.8毫秒输出类型漏极开路输出延迟时间30微秒，最大值切换频率200KHZ，最大值（5） PROFIBUS-DP通讯模块。通讯模块EM277用来连接PROFIBUS-DP现场总线，该模块的技术规范如表3.6所示。表3.6 EM277技术规范通信模块EM 277 Profibus DP 模块接口1 个通信接口 RS 485所支持的协议：MPI从站 - Profibus

31、-DP从站传输速率9,600baud - 12Mbaud自适应电缆最大长度（无转发器）1200 m（传输速率为 93,75kbaud）尺寸（W x H x D）mm71 x 80 x 62功耗，单位：W2.5V-DC 要求 +5V DC90mA 220mA（+24V）3.2双机器人等离子切割专机双机器人等离子切割专机是整个生产线中较为重要的设备之一，在钢板冲压基本成型之后都要进行切割二次成型，使汽车车桥半壳符合焊接条件。改进的切割专机采用等离子切割、PLC网络控制，既可以防止桥半壳成型的变形，又大大提高了工作的效率。（1）双机器人等离子切割专机设备主体结构 设备主体结构由双机器人，工件切割支架

32、，主底座、全封闭防护罩、机器人控制柜及等离子电源等组成，各系统之间通过电缆连接成一个有机的整体，便于设备的控制与安装。该设备外观如图3.2所示。图3.2双机器人等离子切割专机（2）双机器人等离子切割专机焊接工艺流程双机器人等离子切割过程分为A、B工位切割过程，其中A、B过程相同，其切割过程主要分以下几部分。第一部分为工件定位。通过控制气缸动作，将预焊接工件固定在工件切割支架台面上。第二部分为切割工件。对机器人动作进行参数示教并对等离子切割电源参数进行相应设定。按照设定好的参数及控制程序要求，最终完成工件的切割。第三部分为松开工件。当检测到切割完成后，控制气缸动作松开工件。双机器人等离子切割流程

33、如图3.3所示。图3.3双机器人等离子切割专机工作流程图（3）双机器人等离子切割专机I/O变量I/O变量如表3.7所示。整个双机器人等离子切割专机控制器信号主要用于三部分别的控制及信息交互。第一部分为PLC与双机器人之间的控制信息交互。PLC输出控制信号分别输入双机器人控制器信号输入端，同时双机器人控制器信号输出端也将一些信号输入 PLC中。第二部分为PLC与A、B切割机之间的控制信息交互。PLC通过输出控制信号控制切割机的启停等，同时切割机也将信号反馈回PLC中。第三部分为PLC开关控制输入信号及输出控制气缸动作信号等。外部开关输入PLC相应控制信号，PLC输出通过电磁阀控制气缸的动作。表3

34、.7 双机器人等离子切割专机I/O变量表输入地址注释输出地址注释I0.0急停Q0.0-Q0.2A切割机用I0.1自动/手动Q0.3-Q2.0A机器人用I0.2A机器人Q2.0-Q3.6B机器人用I0.3B机器人Q3.7A机器人急停I0.4接触报警Q4.0A机器人伺服ONI0.5A中间压紧Q4.1B机器人急停I0.6A端部压紧Q4.2B机器人伺服ONI0.7A急停Q4.3红灯I1.0B中间压紧Q4.4黄灯I1.1B端部压紧Q4.5绿灯I1.2B急停Q4.6蜂鸣器I1.3A启动Q4.7-Q5.2工件A处气缸动作用I1.4B启动Q5.3-Q5.6工件B处气缸动作用I1.5-I3.3A机器人用Q5.7

35、门打开I3.4-I3.6A切割机用Q6.0-Q6.2B切割机用I3.7工件A处压紧到位I4.0工件A处左松开到位I4.1工件A处右松开到位I4.2-I6.2B机器人用I6.1-I6.3B切割机用I6.4工件B处压紧到位I6.5工件B处左松开到位I6.6工件B处右松开到位I6.7空压检测（3）双机器人等离子切割专机硬件选型及外围电路设计双机器人等离子切割专机输入输出点数较多，数字量共有56个输入和50个输出。在CPU 226（24个输入和16个输出）的基础上，扩展1个EM223 DI32/DO32DC24V模块和1个EM223 DI16/DO16DC24V模块，这样PLC主机和扩展模块共有72个

36、输入和64个输出，即满足了系统的控制要求，也满足了对于I/O口余量的设计要求。系统配备EM 277通讯模块，最终将焊接过程中的必要参数通过网络传输至上位组态界面，从而达到对于焊接工艺的合理监控与总结。外围电路如图3.4所示。图3.4双机器人等离子切割专机外围电路图3.3埋弧焊接专机埋弧焊接专机是一台适用于重型车后桥两半壳片对接时两条纵缝（人工点固）自动焊接的专用设备。其控制系统以PLC为核心控制单元，可以通过控制软件修改程序及参数来调整设备功能，使其具有很好的可更改性，是一个具有高性价比和高可靠性的控制系统。整个控制系统具有手动调整和自动焊接功能，焊枪横向移动、上下移动的速度、长度可通过触摸屏

37、预置。整个控制系统具有抗干扰能力强、可靠性高、操作简便、智能化水平高的特点。（1） 埋弧焊接专机设备主体结构该设备主要由机床身、回转头、翻转机构（含夹具）、横梁机构（X向）、电动拖板（Z向）、气动升降机构、焊枪调节机构（手动X、Y向）、操作合及电气控制柜（电气控制系统）、气路系统、焊接电源、焊枪及送丝操作合等组成。由机床身作为安装平台，回转头安装在床身导轨面上，横梁机构立柱安装固定在床身后侧面。该设备外观构造、设备外观如图3.5所示。图3.5埋弧焊接专机外观（2）埋弧焊接专机焊接工艺流程：埋弧焊接专机焊接过程分为正、反两面完成，其中正面、反面过程相同，其焊接过程为起始左右焊枪在原位，工件就位后

38、，按“启动”按钮，夹紧到位，顶紧到位，左右枪从原位触摸屏按设定点行走到设定A点，调整后焊枪位置后，按“启动或行走”左右枪从设定A点行走到设定B点进行起弧或模拟焊接动作，焊枪从设定B点依次行走到最后设定E点停弧。完成后，焊枪回到原位，翻转机构翻转到翻转到位位置，左右枪进行反面焊接，反面焊接完成后，左右枪回到原位，翻转机构翻到原位，夹紧机构松开，顶紧松开到位，焊接过程完成。埋弧焊接专机焊接流程如图3.6所示。图3.6埋弧焊接专机工作流程图（3） 埋弧焊接专机I/O变量埋弧焊接专机采用左、右双枪焊接方式进行焊接，除去配有协调气缸控制焊枪动作外，还配有步进电机控制焊枪动作。埋弧焊接专机的主站和从站的S

39、7-200通过RS-485通讯口连接，用PPI协议来交换数据。主、从站I/O变量如表3.8和表3.9所示。 表3.8 埋弧焊接专机主站I/O变量表输入地址注释输出地址注释I0.0自动/手动Q0.0-Q0.1左枪步进电机脉冲用I0.1复位Q0.2-Q0.3左枪步进电机脉冲用I0.2左枪Q0.4左枪升I0.3右枪Q0.5左枪降I0.4启动Q0.6夹紧I0.5行走Q0.7松开I0.6焊枪升降Q1.0顶紧I0.7夹紧Q1.1松开I1.0停止Q1.2正翻I1.1翻转Q1.3反翻I1.2左枪左行Q1.4左焊机启停I1.3左枪右行I1.4左枪前行I1.5左枪后行I1.6顶紧I1.7急停I2.0左枪右限位I2

40、.1左枪前限位I2.2左枪后限位I2.3翻转原位I2.4 翻转到位 表3.9 埋弧焊接专机从站I/O变量表输入地址注释输出地址注释I0.0启动Q0.0-Q0.3右枪步进电机脉冲用I0.1行走Q0.4右枪升I0.2右枪左行Q0.5右枪降I0.3右枪右行Q0.6右焊机启停I0.4右枪前行Q0.7红灯I0.5右枪后行Q1.0黄灯I0.6右枪左限位Q1.1绿灯I0.7右枪前限位Q1.2蜂鸣器I1.0右枪后限位I1.1急停（3）埋弧焊接专机硬件及外围电路埋弧焊接专机采用并联链接主、从站形式进行控制，主站有21个输入和13个输出，从站有10个输入和11个输出，在充分考虑实际应用及要求I/O点数预留情况后，

41、主站在CPU 226（24个输入和16个输出）的基础上，扩展1个EM223 DI4/DO4DC 24V模块；从站只需CPU 226就够了。这样主站PLC主机和扩展模块共有28个输入和20个输出；从站PLC主机有24个输入和16个输出，即满足了系统的控制要求，也满足了对于I/O口余量的设计要求。左、右焊枪控制用步进电机采用两个EM253定位模块进行控制，从而很好的达到焊枪位置精确控制要求。系统配备EM 277通讯模块，最终将焊接过程中的必要参数通过PROFIBUS-DP总线网络传输至上位组态界面，从而达到对于焊接工艺的合理监控与总结。从站和主站的外围电路如图3.7和图3.8所示。图3.7埋弧焊接

42、专机从站电路图图3.8埋弧焊接专机主站电路图埋弧焊接专机主从站之间的通讯埋弧焊接专机主从站之间需要进行数据交换，从而使两个焊枪之间的运动得到精确控制，考虑到主从站的PLC都是西门子S7-200，因此采用PPI协议来进行通讯。PPI协议是西门子专门为S7-200发开的通信协议，用于S7-200和其他S7-200或PC之间的通讯，PPI网络组态方便，波特率最高达187.5K，因此是S7-200PLC之间通讯的首选。PPI协议是一种主站-从站协议，主站和从站在一个令牌环网中，当主站检测到网络上没有堵塞时，将接收令牌，只有拥有令牌的主站才可以向网络上的其他从站发出指令，建立该PPI网络，因此PPI网络

43、只在主站侧编写通信程序就可以了。主站得到令牌后可以向从站发出请求和指令，从站则对主站请求进行响应，从站设备并不启动消息，而是一直等到主站设备发送请求或轮询时才作出响应。 S7-200CPU的PPI网络通讯是建立在RS-485网络的硬件基础上，其通讯口是和RS-485兼容的9针D型口，用总线连接器连接CPU上的通讯接口，然后用双绞线将两个总线连接器连接，这样就在硬件上连接了两台PLC。在硬件上连接了PLC之后，S7-200之间的数据交换需要在主站编程，从站准备好数据缓冲区，主站使用NETR网络读指令从从站中读取数据，使用NETW网络写指令向从站中写入数据。其组态过程如图3.9-3.14所示。图3

44、.9定义所需操作的条目图3.10定义通讯口和子程序名图3.11定义网络操作图3.12分配V存储区图3.13生成子程序和符号表图3.14调用子程序通过以上步骤，主站和从站之间建立了通讯。3.4加强圈环形焊接专机加强圈环形焊接专机是用来完成汽车车桥加强圈的焊接任务的。其控制系统具有手动调节及自动焊接控制功能。旋转机头转速（焊接速度）采用数字显示，具有独立的调速电路，拨码开关直接预置焊缝长度。倾斜角度可在0120范围内根据需要任意调节。（1） 加强圈环形焊接专机设备主体结构该设备由焊机主体、控制系统、焊接电源等几大部分组成。各系统之间通过电缆连接成一个有机整体，便于设备的安装和检修。设备采用气动三爪卡盘定位夹紧的方式定位工件。设备输入