基于SEW变频器的集成系统在门盖焊接线的应用

王小康 曹德严

摘要：汽车白车身门盖件材料较薄、易变性等因素易产生焊接问题，提升汽车焊装线的自动化、智能化水平来改善门盖焊接质量成为重要渠道。本文基于SEW变频器的集成系统在门盖焊接线的应用进行分析，结合SEW变频器、PLC控制器、智能焊接机器人等硬件优势，对门盖电气控制系统和集成系统HMI界面设计进行研究，完成门盖焊接电气控制柜、SEW变频器硬件设计和HMI人机界面平台开发。门盖焊接线集成系统自动化、智能化水平高，能够降低焊接劳动强度、改善门盖焊接质量，对集成化汽车焊装线设计具有一定的借鉴意义。

Abstract： Welding problems are easy to occur due to thin material and variability of door cover parts of automobile body in white. Therefore， it has become an important channel to improve the welding quality of door cover by improving the automation and intelligence of automobile welding line. This paper analyzes the application of integrated system based on sew frequency converter in door cover welding line. Combined with the hardware advantages of sew frequency converter， PLC controller and intelligent welding robot， this paper studies the HMI interface design of door cover electrical control system and integrated system， and completes the hardware design of door cover welding electrical control cabinet， sew frequency converter and the development of HMI man-machine interface platform. The door cover welding line integration system has a high level of automation and intelligence， which can reduce the welding labor intensity and improve the door cover welding quality. It has a certain reference significance for the design of integrated automobile welding line.

关键词：SEW;门盖焊接;集成系统;HMI界面

Key words： SEW;door cover welding;integrated system;HMI interface

中图分类号：TP278                                    文献标识码：A                                  文章編号：1674-957X（2021）21-0219-02

0  引言

随着汽车制造业的快速发展，汽车更新换代周期越来越短，汽车车型和配置进行不断创新和汽车整体效果不断提升，可供人们选择的车辆种类越来越多，进而引发了汽车行业的激烈竞争，所以汽车外观质量和效果成为人们选择车辆的重要参考因素。汽车白车身焊接是汽车制造重要组成部分，白车身门盖总成是关键环节，直接关乎用户体验和外观感受。传统的门盖焊接存在焊点压痕、毛刺，甚至烧穿等问题，严重影响汽车外观表面质量[1-2]。本文针对白车身门盖焊接系统进行研究，集成SEW伺服控制器、PLC控制器、焊接机器人、触摸屏等设计门盖焊接集成控制系统，采用主站+多从站的分布式通讯布局，各控制系统间采用PROFINET/ PROFIBUS协议通讯，实现高速数据传输和可靠通讯，基于西门子触摸屏设计HMI界面，实现焊接控制系统监控。HMI界面工位操作界面，能够清晰的反映工位上夹具的状态、在HMI上能手动操作每台夹具的动作。该集成控制系统能够有效提升汽车白车身门盖焊接质量和焊接速度，具有较高的自动化水平。

1  门盖焊接电气控制系统

门盖焊装线系统整体布局示意图，如图1所示。

依据门盖焊接控制需求和各部分功能分别设计焊接电源柜、系统电源柜、PLC主控柜、变频柜、HMI操作箱柜、现场外围OB操作柜、安全门柜等。PLC主控柜是控制系统主站，安装有PLC模块、PS模块、SM模块、通讯模块及继电器、接触器、交换机等辅助设备，通过PROFINET协议实现主从站通讯。焊接电源柜提供380V AC电源，为现场11台焊接机器人供电。系统电源柜主要为其他柜体和现场部分设备提供电源，是整个电气控制系统的总电源接口。变频柜主要为现场电机和电机控制器提供电源。HMI操作箱设计有触摸屏和模式操作按钮及状态指示灯，可进行系统手动操作和自动操作模式转换及现场设备运行操作和监控。外围OB操作柜主要用于现场紧急操作和设备启动控制，主要有急停、启动、复位按钮组成，能够保障操作者和设备的安全。安全门操作柜用于对机器人设备的启动、停止、复位、急停等操作，用于现场突发事件急停和故障复位。

2  SEW伺服控制器硬件设计

SEW伺服控制器是伺服电机的驱动单元，接收到PLC控制指令后伺服控制器处理器进行运算，将控制任务作用于执行单元（伺服电机）[3-4]。SEW伺服控制器采集伺服电机编码器信息对PLC控制指令动作情况进行反馈，所以伺服控制系统是闭环控制，具有控制精度高、运行稳定的优势。PLC控制器采用PROFIBUS通讯的方式对SEW伺服控制器进行控制，通过DP总线连接PLC的DP端口和SEW的DFP21B端口，并设置通讯地址。SEW伺服控制器安装在变频柜内，控制器采用三相380V电源，并按照有断路器、熔断器等原件进行保护。

SEW的控制参数设置采用Movitools软件实现，在调试过程中需用DP线将PC机的CP5611卡和SEW进行连接，同时将SEW控制使能调为“0”档[5]。在调试软件界面设置通讯端口和波特率，然后点击更新按钮查询是否完成通讯连接，连接完成后打开执行程序菜单栏下诊断功能的shell程序，然后对SEW伺服控制的参数进行设置，设置完成后点击应用弹出总线扩展对话框，点击监控模式后可以查看控制和状态字。SEW伺服系统能有效的克服移动惯性和误差，可实现精确移动定位。在SEW伺服驱动器出现故障后，将变频器恢复到控制器禁止状态，然后查看变频器报警信号代码（39种），按照报警信息代码提示查看故障描述、控制响应、可能存在的原因和解决方案，依据解决方案提示对SEW进行故障排除，然后对变频器进行复位操作。

3  集成控制系统HMI界面设计

如图2所示为门盖焊装线集成系统HMI操作系统，主要包括区域总览、夹具控制、工位机器人、转台控制、车型数据、报警列表、SQE、网络布局和用户管理界面。主界面显示自动模式、手动模式、无模式和空运行等操作模式;在当OB操作盒模式按钮为“手动”，则可通过HMI界面对焊装线上的夹具进行操作;当处于无模式状态时可能是网络故障、OB操作盒急停按钮触发等情况。当HMI界面控件显示绿色则表示运行正常、显示为红色则表示出现故障。在车型数据界面显示计划上线数量和实际生产数量。门盖焊装线上RDH010、RDH020与RDH030上件工位互相独立，可以同时生产不同车型，具有较高的柔性制造能力。报警界面主要分为实时报警和历史报警记录，实时报警信息显示在HMI界面中，可查看报警时间、报警故障原因，指导操作人员对报警事件进行排查，以便快速恢复系统功能;历史报警记录主要存储历史发生的报警事件，对实时报警进场归档和存储，可用于报警信息的查询和追溯，对控制系统潜在问题进行分析。门盖焊装线机器人操作界面，可有效帮助操作者掌握机器人工作状态和故障排除，界面显示了PLC与机器人之间信号传输的内容和相应地址，便于程序排查。假设当机器人出现不抓工件问题时，可通过该界面查看机器人是否接受到PLC控制器的传输命令，进一步缩小故障可能存在范围，通过界面底部的切换按钮栏可以查看不同机器人的工作信息。机器人工作状态信息显示机器人当前执行程序号、机器人任务完成情况、机器人焊点数等，也可以对焊点数进行设置和复位。当运行系统出现故障，按下“停止”按钮暂停给机器人发送程序段号;当机器人工作任务完成后，工位夹具全部打开，若运行指示灯没有熄灭，可以按下该按钮进行清除;当机器人焊接过程的焊接点数和设定点数不一致是，会触发报警信号，然后查看焊接过程是否存在漏焊情况，当故障确认后可通过“复位”按钮消除报警信息。

集成控制系统功能具有自动操作和手动操作模式，手动操作模式步骤如下：①确保工位夹具在打开位置，工位传感器正常，转台在上件位置，没有报警，该工位没有空运行命令，机器人回到原点;②在HMI界面将工位和机器人模式设置为自动模式;③对夹具和转台SEQ设置为初始化，输入计划生产车型与上线数量;④待转台转动到位进行上件;⑤操作气缸加紧、转台到焊接位;⑥机器人进入焊接工作，焊接完成后进行补焊，然后夹具打开到人工位进行取件。

4  结论

汽车白车身门盖焊装直接关系到汽车产品的外出质量，充分利用计算机技术和智能控制系统能够提高生产效率。本文对白车身门盖焊接控制系统进行应用分析，分别对PLC控制器、机器人、SEW伺服驱动器及现场相关焊接设备的电气控制进行应用和设计分析，表明SEW变频器集成控制系统在门盖焊接线的应用具有較好的自动化、柔性化、智能化程度，能够提升汽车白车身焊接的工作效果和焊接质量，对汽车白车身焊装线设计具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]吕业成.白车身门盖生产线质量控制研究[J].时代汽车，2020（20）：133-134.

[2]唐剑.汽车门盖焊接生产线方案研究[J].科学技术创新，2019（09）：148-149.

[3]曹德严.基于PLC的ABB工业焊接机器人控制系统设计[J].内燃机与配件，2020（15）：100-102.

[4]王雪峰，张维，陈英凯，等.伺服驱动器在30 MN铝挤压机生产线后部堆垛中的应用[J].中国重型装备，2020（04）：5-7.

[5]廖华，朱志红，吕晓凡，等.基于软PLC技术的伺服驱动器开发研究[J].现代制造技术与装备，2019（04）：107-110.