汽车焊接车间设备故障自动诊断及焊机群控系统

汽车焊接车间设备故障自动诊断及焊机群控系统

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汽车焊接车间设备故障自动诊断及焊机群控系统

作者：发布时间:2010-4-２1 １:23:53 阅读次数:

作者:张鹤张劲松单位：西门子工厂自动化工程有限公司上海大众汽车有限公司ﻫ我们针对上海大众汽车二厂焊接车间，利用西门子公司的SIMATIC产品，设计并实施完成一套设备故障自动诊断及焊机群控系统。经过几年的使用，该系统运行稳定可靠，基本达到了设计目的。ﻫﻫ一.焊接车间现状分析ﻫﻫ该焊接车间主要生产桑塔纳2０0０型轿车的车身。车间进料为冲压车间的各种冲压零件，经过焊接生产流水线,先把这些各种零件焊接拼装各种车身部件,如汽车前围、后围、前底板等部件，再经过总拼把这些部件拼焊成整体车身，最后经过补焊、打磨形成最终的白车身,输出到油漆车间喷漆。该焊接车间按照冲压零件-部件－总拼的焊接加工过程,建立了六条生产流水线，分别为前围线、后围线、前底板线、底板线、总拼线和补焊线。这六条生产流水线按照生产工艺相互刚性连接。在这些生产流水线上的各个工位主要配备的是焊接机械手、焊接机械人、多点焊机、拉杆传输和空中输送车等自动化设备组成。由4４台西门子公司的PLC分别控制这些生产流水线上的各种加工设备，使其相互协调地、连续地、自动地运行,使车间达到每56秒钟生产一部白车身的的生产节拍的能力。ﻫﻫ但是该车间生产流水线投入运行时,存在两个主要的问题：ﻫﻫ当设备上某处出现故障时，由于不能很快地排除，经常造成整条生产线停机,或者整个车间停产，严重影响车间产量和生产节拍。

ﻫ会发生某些焊点的焊接质量不稳定,不能保证白车身质量。

经过调查研究和具体分析,发生上述问题的主要原因是:

生产线上设备比较多,设备比较复杂，生产线之间又是刚性连接,如果某一部位发生机械、液压或电气故障会造成某条生产线停机，维修人员要经过一定时间的分析查找过程,才能找到故障点，才能排除故障。在故障的分析查找和排除的时间内，由于生产线之间无缓冲,前面的生产线立即停机,后面生产线造成空工位,这个时间过长,还会造成后面生产线停机。而故障的分析查找和排除的时间中占主要的是分析查找时间。

该车间共有两千多把电焊枪在同时工作，容易造成供电压波动。如果一部分电焊枪正赶在电压低谷通电焊接,容易发生该焊点焊接不实,质量不好。ﻫﻫ所以,为了快速分析查找故障和保证正常电压通电焊接，解=决上述两个问题,我们为车间建立这套设备故障自动诊断及焊机群控系统。

ﻫ二．系统的硬件和软件结构ﻫ

1．设备层ﻫ全车间六条生产线上共有PLC4４台,由S5-１１5Ｕ、Ｓ5－135U和Ｓ5－5５U构成。这些PLＣ可向系统提供分析设备运行状态和分析出发生的故障点的相关信息。但这些PＬC是分散的，无故障诊断能力。所以,我们的系统在车间建立了两段现场工业总线Profiｂｕs 网,分别把这些PLC连接起来。使系统能够通过现场PLC采集和汇总生

产线上设备状态信息,自动分析诊断故障。设备并网的具体做法是，每台PLC 上都插入Ｐr ｏfiｂus网卡CＰ５431，并连接在其中一段现场工业总线上。(参见附图）ﻫ

2．现场工程师站ﻫ现场工程师站设置在车间现场,是由六台工控机组成，分别对应着车间现场六条生产线。这六台工控机上都分别插有Ｐrｏｆibuｓ网卡CP5412，并通过该卡连接在Profibus 的网上。通过现场工程师站可以监控对应的生产流水线。(参见附图）

ﻫ３.信息交换中心ﻫ信息交换中心是由一台S5-155Ｕ构成，也称为系统的主PLC。一方面通过车间现场工业总线Profibuｓ网，连接生产线上４4台PLC,采集汇总分析生产线上设备的故障信息；另一方面通过工业以太网H１与系统的管理层连接,把分析诊断结果送到办公室计算机上,同时又通过车间现场工业总线Profiｂｕs 网把其分析诊断结果送回现场工程师站。(参见附图）

ﻫ

4.管理层ﻫ系统的管理包括车间主任办公室和维修办公室的计算机，通过工业以太网H1信息交换中心连接,使管理层可以实时地从信息交换中心获得目前分析结果，并对此分类归档，形成各种报表。（参见附图) ﻫ

5.焊机群控装置ﻫ设置一台高灵敏的电压监测仪，实时监测车间电焊机工作时供电电压的变化,并把结果送入信息交换中心，通过S5－155Ｕ的中断程序处理焊机群控信息,经过Ｐrifibus－DP方式,把控制信号高速地传送到生产线上的PLＣ,使相应焊机的通电动作得以控制。ﻫﻫ６.系统配置的软件

CoroｓLSB/Win是系统主要的软件,主要运行在管理层和现场工程师站的计算机上,是系统主要开发平台。COＭ543１和COＭ143系统软件是为了管理现场工业总线Ｐrofｉbuｓ和工业以太网Ｈ１。

ﻫ三.系统的主要目的ﻫﻫ

1.采集全车间六条生产线上的设备运行状态信息ﻫ由于Pｒoｆib ｕｓ网连接着现场PＬC，系统可以实时地监测并分辨当前各生产设备所处的正常运行、

停机、故障等各种状态，并在相应工控机的相应画面上，通过以不同的符号、图形和颜色变

2.实时分析发生在各生产线上设备的故障状态及具体部位ﻫ由于

化等形式显示出来。ﻫﻫ

Ｐrｏfiｂus 网络采集各生产设备上的信息,汇总到主PLC S5-15５Ｕ上集中进行分析综合，系统可以判断出故障类型和发生故障的所在生产线、工位、部位等位置信息,随后把判断结

3.进行有关故障信息的分析与统计ﻫ系统果送到相应工机显示出来，以提示维修人员。ﻫﻫ

的上位管理机和工控机在工业组态软件CorｏsLＳB/Win 操作平台下,可对从主PLC 送来的故障信息,进行分类归档处理，同时在设备维修手册数据库中进行检索,找出故障发生的位置,故障发生的原因及排除故障的主要方法。然后该软件把故障发生的时间、位置、原因及排除的情况记录到设备档案数据库中,并形成各种报表。

ﻫ4.对全车间由ＰLC 控制的焊接变压器的通电进行群控ﻫ利用ProfiｂusＤＰ的快速I

／O的特性,对全车间电焊机供电电压进行监测，按照电焊机群控原理，对由PLC 控制的电焊机进行排队通电控制。ﻫﻫ四. 系统工作基本原理ﻫ

1.自动故障诊断一般方法ﻫ焊接车间设备绝大部分是通过油缸和气缸来完成工件的装夹、上料、下料和输送等动作。初步统计该车间分布在各生产线上共4 千个大大小小的油缸和气缸，而设备故障主要发生油缸和气缸的部件上,表现为这些缸不到位。下面分析一个油缸动作情况，得出自动故障诊断一般方法。设一个油缸向前运动Ｑ=1,油缸经过一定的运动时间到达前端，则前端接近开关得电I_1＝1,后端接近开关失电I＿２=0。我们系统中为这个油缸设置一个计时器T。当油缸动作Q 信号发出，该计时器开始计时,在设定的该油缸运动时间T_sｅt范围内，相应到位接近开关得电,即系统认为该油缸工作正常。如果在该油缸运动时间T＿ｓｅt范围内,相应到位接近开关未得电，则系统认为该油缸发生故障。系统自动分析的结果列表如下: