PLC在汽车工业上的应用
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摘要： 本文简单介绍了plc对吉利汽车白车焊装生产线的应用，从而达到品质的提升。
Abstract： This article briefly introduces the application of PLC in white car welding production line to improve the quality.
关键词： PLC控制；汽车工业；白车身；焊接机器人
Key words： PLC control；automobile industry；body in white；welding robot
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）27-0051-02
从20世纪20年代开始，工程师们用导线把各种继电器、定时器、接触器及其触电按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是我们所熟悉的传统的继电器接触器控制。由于其结构简单易懂，使用方便，价格低廉，在一定的范围内能够满足控制要求，因此在工业控制领域中得到了广泛应用并一度占据主导地位。随着工业的不断的发展，这种继电接触器控制系统的缺点逐渐显现出来。
世界第二次大战结束后，各行各业都在突飞猛进的发展，包括第一台计算机的诞生。到了上世纪60年代，计算机技术已开始应用于工业控制了。同时汽车制造业的竞争不断激烈，要想在这个市场稳稳站住，汽车的生产工艺必须得到改进。1968年美国最大的汽车制造商——通用汽车制造公司（GM）为了适应车型不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少时间，降低成本。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器，在保留了继电器控制系统优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的响应时间快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。1969年，美国数字设备公司（GEC）首先研制成功第一台可编程序控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。[1]纵观中国的经济，制造行业和软件行业占到了市场的70%，而制造行业中最突出的就是汽车制造行业，通过2008年的数据，我们可以发现国外品牌在中国乘用车市场的占有率突破60%。相比而言国外汽车普遍制造工艺以及性能要比国产车好。汽车的制造环节是在整个过程中是最重要的，汽车的性能高低、制造工艺、外观、安全性能都取决于工厂制造设备的功能以及设备的精度，而在这些设备仪器中最具有发言权的就是自动化设备了。汽车制造产业规模大，自动化水平要求高，涉及的自动化技术和产品包括控制产品、现场总线、运动控制、机器视觉、离散传感器、安全产品等等，汽车制造业成为工业自动化的主力市场之一。PLC也就成了我们汽车制造业中的一个主力军。下面我们通过中国吉利汽车的实例加以介绍。汽车生产有这样四大工艺车间（厂）：及冲压车间（厂）、焊装车间（厂）、涂装（喷漆）车间和总装车间（厂）。冲压车间（厂）按要求生产各种车身钣金零部件；焊接车间（厂）将各钣金件按要求焊接在一起形成白车身；涂装车间（厂）将白车身进行表面电泳、面漆处理，防止车身锈蚀；总装车间（厂）完成整车所有零部件装配及整车下线检测，最终形成可销售的商品车。除此之外还有动力总成和变速器车间（厂）。汽车的发展可以吉利汽车找到其身影。“轿车是什么？不就是四个轮子、两张沙发、一个铁壳吗！”“我们一定要让吉利轿车走遍全世界，而不是让外国车走遍全中国！”这是吉利集团董事长李书福在进军汽车行业时说的话，也由此拉开了吉利汽车的序幕。由“做老百姓买得起的好车！”到“吉利，开创世界汽车安全技术新格局”。在外界看来是简单的两句不同的标语，而实际上是一项技术的革新。吉利汽车也由最开始的半自动生产线的发展到自动生产线，再到现在高程度自动化生产线的投入。也逐步实现了汽车安全技术的保证。下面通过焊装工艺车间的生产情况进行简单了解一下。
大家都知道，一般的轿车是没有车架的，而是采取的承载式车身来代替车架。因此轿车车身的焊接工艺直接影响到了汽车的安全系数。南美汽车碰撞测试机构LATIN NCAP近日公布了拉美及加勒比地区第一批车辆碰撞测试结果，吉利汽车出口到该地区的CK1轿车惨遭零分评级。[2]该机构指出，CK1对驾驶员大部分身体的保护极差，碰撞中假人大部分部位都承受了较大的冲击。同时，碰撞中车身外壳有明显的形变，A柱、方向盘连杆和踏板都严重移位。参加测试的吉利车型没有配备安全气囊，但报告指出，即便装上气囊，由于车身变形过于严重，气囊也无法保护乘员。在国内的碰撞试验中，在正面碰撞中气囊迅速打开，A柱没有发生变形，驾驶室中无明显受损；侧面碰撞中，由于未配置侧气帘，假人头部较容易受损；偏置碰撞中的结果和欧洲测试的结果相似，A柱发生较大变形，导致车门及驾驶舱内都有很大程度的受损，但此车配置了前部气囊，可以有效的保护驾驶员头部所遭受的撞击，但方向盘的变形错位可能也会对驾驶员身体有较大的伤害。
而后期，在国内进行的碰撞试验中，一辆帝豪EC7以每小时近60公里的速度撞向前方的障碍物，并以46.8分的高分荣膺五星安全桂冠。2012年度第二批C-NCAP汽车安全碰撞测试评价结果，吉利汽车旗下首款SUV全球鹰GX7以50.3的高分，力压众多合资品牌车型获得超五星安全评级，成为迄今中国自主品牌最高安全性能车型，再次彰显了吉利汽车对“造最安全汽车”使命的承诺和在汽车被动安全领域取得的不斐成绩。
什么原因致使同样的实验会有这么大的差别呢？笔者通过对这几款汽车的生产基地进行了实地考察，发现我们CK1生产基地的设备相对比较落后，手工焊占据焊接的主导地位，劳动强度大、作业环境恶劣，焊接质量也不易保证，而且生产的柔性也很差，已无法适应现代汽车生产的需要。而帝豪EC7和全球鹰GX7除了少部分的环节由气助焊接完成外，其余均采用的是ABB焊接机器人来进行作业，提高了零部件生产的自动化水平及效率，同时使生产更具有柔性，焊机质量也得到了保证。对此，权威部门对这两种焊接进行了比对，通过图1对比我们可以看出人工的气助焊接和PLC所控制的伺服焊接之间特点。
更为关键的是焊接机器人的重复定位精度小于±0.5mm，保证了焊点的精确性。同时，焊接机器人精确的运动轨迹和更有益的焊接位置可达性，允许焊接夹具设计更紧凑，集成度更高，提高了夹具的定位性能。此外，焊接机器人具有可编程性，故可适用于多车型混合生产线。机器人根据工位内车型检测的结果，判断焊接车型后，调用此车型焊接程序并切换所需要的焊接工具。在高生产节拍，多车型混线生产的焊接车间，焊接机器人的优势显露无遗。焊接机器人的应用也激发了车身制造的柔性自动化生产和发展。焊接机器人的应用，大大减轻了操作工人的工作强度。在一些必须使用大型焊接设备或焊接位置不佳的工位，焊接机器人有效地替代了操作工人，并更好地完成了工艺要求。同时，焊接机器人具有比操作工人更快的速度和工作持久性，提高了生产节拍。可见，焊接机器人的应用优势是全方面的。即使在北仑基地一厂，在白车焊接的大型焊装部分同样采用的也是焊装机器人。除此之外，焊接机器人的优势还在于越发注重人性化设计，尤其在编程方面，越来越便捷的程序语言，视窗化操作的应用，可使一名具有PLC基础的普通员工通过短期的专业培训后，即可迅速上手，独自完成程序的编辑、修改、维护等工作。
在可预见的未来，焊接机器人的应用空间将更广阔，应用技术将更先进。具体来说，焊接机器人综合性能不断提升，故障诊断系统功能更强大，故障率更低；机械结构设计的进步，使焊接机器人更紧凑，所占空间更小；焊接机器人的虚拟现实技术从仿真、预演向过程控制技术发展；机器人智能化程度越来越高，拥有焊缝质量诊断功能；机器人适应环境的能力越来越强，能适用于非常恶劣的工况。总之，通过大力发展高效节能的焊接技术、应用机器人技术，吉利汽车必将取得更大进步，获取更好荣誉。
参考文献：
[1]曹辉，霍刚.可编程控制器系统原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2003.
[2]中国经营网，2010年11月01日.
[3]杭州网-杭州日报.