自动化气动控制在汽车行业的应用

吴金旭　张亚军　高其虎　陈争光　毕平安　王晨阳

摘 要：汽车行业中气动控制装置在车身生产线的定位、输送、传动等广泛应用，其中现场总线式阀岛控制多组气缸时序动作的应用逐渐普及，论文重点针对一组阀岛控制多组气缸的应用原理、技术特点及主流阀岛费斯托（FESTO）网络配置应用进行讲解。关键词：一对多控制;单气缸状态触发;网络配置中图分类号：U466  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）02-160-03

Abstract： Pneumatic control device in the automotive industry in the production line of car body positioning， transmission， transmission is widely used， such as the field bus control valve island sequential action gradually popularization of the application of multiple sets of cylinder， paper focuses on the application of more than a set of control valve island group of cylinder principle， technical characteristics and main valve island FESTO （FESTO） network configuration application were explained.Keywords： One to many control; Single - cylinder state trigger; Network configurationCLC NO.： U466  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）02-160-03

1 阀岛、气缸介绍

1.1 阀岛基本控制原理

作为控制气缸动作的控制元件，常用的两位五通电磁控制及三位五通电磁控制，气动电磁阀阀岛多为并排链接安装在阀座上，阀岛线圈一般为24VDC由PLC来控制通断且为成对出现，PLC的控制可分为两种，一、有继电器输出的普通OUTPUT模块通过外部硬线控制中继KA，再由继电器触点来控制阀岛线圈的通断;二、PLC与阀岛以通讯控制的方式，将阀岛线圈直接组网到PLC的远程I/O模块中，设置具体的物理地址，有PLC程序直接控制。

1.2 气缸动作原理

作为气动控制的执行元件，常用为单缸控制（在机器人气动焊接应用上也有用到双缸控制形式），组成有缸体、活塞盘、活塞杆以及由活塞杆链接的外部夹爪、推头等，电气方面一组磁性检测开关来反馈气缸的打开及关闭到位。

2 一对多控制应用原理

用PLC在做现场控制应用时，在同一工位1#阀控制3组气缸，2#阀控制4组气缸，为保证编程效率设计时会采用同一个功能块（如上图），但是由于实际控制气缸数量不同，在程序设计架构上要能够分层处理和分析。

2.1 气缸逻辑控制

上图中功能块显示的是一个阀岛控组4组气缸的动作指令，其中C-Amount代表现场实际气缸控制的数量为3个，当满足前置条件后，PLC触发气缸打开命令（OPEN_CMD）或关闭命令（CLOSE_CMD）。

2.1.1 打开启动命令

当满足前置条件后，PLC触发气缸打开命令（OPEN_ CMD）为ON，且关闭指令和泄气指令为OFF时，气缸打开动作保持信号被置位，执行打开命令及动作，当在规定时间内打开到位后，打开动作保持以及动作命令复位为0。

2.1.2 打开到位反馈

采用的气缸数量不同，满足气缸打开到位的前置条件就不一样;以气缸数量C-Amount为3，则PLC能流通过红线路径接通线圈，当气缸数量C-Amount为2时，PLC能流通过蓝色路径接通线圈。

2.2 气缸不到位故障检测

2.2.1 故障触发

打开命令已发出但打开到位信号在设定的动作时间内没反馈，则触发打开故障报警。T2定时器置位故障报警信号，待故障修复气缸再次打开到位后，故障报警消除。

2.2.2 故障气缸判定

夹具气缸总故障为前置条件，任何一个气缸的打开到位信号为OFF，则触发故障报警，阀岛控制3个气缸则程序执行三次判定。

2.3 气缸抖动产生的误报警

当气缸打开或夹紧到位动作完成且执行命令已复位后，在规定时间内（5S）内出现打开到位和关闭到位同时为ON或OFF的状态时，触发气缸故障报警。具体哪一组气缸出现故障同“2.2.2—故障气缸判定”。

3 阀岛网络配置应用

3.1 阀岛現场总线网络节点配置

3.2 DEVICENET现场总线

图示为DEVICENET现场总线的三种物理接口形式，红色线为24VDC，黑色线为0V，白色线为CAN-H，蓝色线为CAN-L，裸线为屏蔽层。若CPX位于终端位置，应加装总线终端电阻（121欧±1%，0.25W）。如果使用了T分支结构建议将终端电阻安装在T分支的闲置输出端上。

3.3 供电电源的针脚分配

负载电源的常用两种接口模式，电源供给主要分两个部分，一部分为系统电源（VEL/SEN为电子装置及输入模块传感器的接口电源，VVAL/OUT为阀负载电压和输出端负载电压）。

3.4 网络地址分配

CP通用型电气输入输出模块和其他现场总线模块的地址分配原则一致，数字量输入输出模块每个通道为1个位的BOOL量，AI/AO模块为1个WORD的占有量。气动阀岛MPA的分配应现在气动接口模块的DIL开关上设置气动输出线圈的数量（8/16/24等）。

3.4.1 地址设定的基本原则

3.4.1.1 输入端地址分配与输出端互补干扰

3.4.1.2 采用标准EDS文件：从左向右依次递增，与模块类型有关，与现场总线节点地址无关

3.4.1.3 如果状态位和输入输出诊断接口未激活，现场总线节点就应作为0输入和输出的模块处理

3.5 诊断和故障处理

CPX终端可以提供5种状态诊断和故障处理方式，在现场实际解决问题中，通过LED灯状态指示来对问题进行判断是常用的一种方式，这里将对其进行展开讨论。

3.5.1 PS（POWER SYSTERM）-传感器/逻辑电源

正常状态下LED灯常亮绿色，当工作电压/传感器电源处于过载、欠压及内部保险丝起用时LED指示灯闪烁，工作电压及传感器电源未接时，LED灯熄灭。

3.5.2 PL（POWER LOAD）-负载电源（输出端/阀）

当系统电压处于过载、欠压时LED灯闪烁，正常时LED灯常亮。

3.5.3 SF（SYSTERM FAULT）-系统故障

当出现不同等级的系统故障时，会出现不同频率的LED灯红色闪烁情况，无故障时LED等熄灭。

3.5.4 M（MODIFIY）-修改参数或强制激活

软硬件不匹配时LED灯呈黄色，强制激活时，LED灯呈黄色闪烁。

3.5.5 MS（MODULE STATUS）-模块状态

总线未接通时LED灯熄灭，运行正常时LED灯常亮绿色，硬件配置缺失不完整时LED灯绿色闪烁，正在完成或修正配置时LED灯红灯闪烁，不可排除故障时LED灯红灯常亮，   CPX终端自检时LED红绿灯交替闪烁。

3.3.6 NS（NETWORK STATUS）-网络状态

CPX终端不在线LED灯熄灭，CPX终端在线但未与PLC建立通讯时LED灯绿灯闪烁，现场总线连接正常时LED灯绿灯常亮，一个或多个I/O通讯超时LED燈红色闪烁，CPX设置不允许的站点地址及总线关断时LED灯红色常亮。

3.3.7 IO（I/O STATUS）-输入输出状态

总线接口的逻辑电源未接通LED灯熄灭，运行正常时LED灯绿色常亮，IO模块通过PLC组态完成但不在运行模式时LED灯绿色闪烁，出现输入输出点故障时LED灯红色闪烁，当出现强制断开或不可排除故障时LDE灯红色常亮。

4 结论

以上是利用奇瑞商用车河南有限公司30JPH涂装生产线，对气动夹具控制核心原理及阀岛网络配置功能的研究，文章描述过程中不免有不足之处，敬请同行给予指正。

参考文献

[1] CPX-FB11现场总线节点电子装置说明书.