1.6 焊接生產線控制系統的解決方案

1.6.1 焊接生產線的工作要求

某工廠的電池焊接生產線布置如圖1-1所示，工作要求如下：

1）電池焊接生產線配置10個焊接工作臺。每個工作臺均為小型龍門結構，各自都有4個運動軸，要求其中3個軸能夠做插補運行。

2）10個焊接工作臺對稱布置。中間有2條運輸線執行進料和出料。

3）由2臺機器人執行對焊接工作臺的上料和下料。

4）每個工作臺都有輸入信號16個、輸出信號16個。

5）要求配置觸摸屏和監視器，能夠實時監測焊接工作狀態。

6）每個工作臺都可放置兩套“電池盒”，每盒有電池30～80個，電池型號有10種。

7）每個電池焊接工作時間為（含行程）3s。

8）如果焊接質量不合格，必須具備單點重新焊接、停機檢查、重新起動等功能。

9）如果電池型號發生變化，只需要在觸摸屏上寫入程序號就可執行新的程序。能夠預置10個程序。

1.6.2 解決方案

1.數控系統方案

由于焊接工作臺要求插補運行，可以考慮采用數控系統作為每一個工作臺的控制系統。采用一中型PLC做總控制系統。總控制系統統一控制各焊接工作臺的焊機動作、機器人的動作、運輸線的動作以及連接觸摸屏、監視器。

這種方案的優點是各工作臺運動程序的編制方便，可以存儲大量運動程序，運動控制系統相對獨立，即使某一工作臺的數控系統發生故障，也不影響其他工作臺的正常運行。缺點是硬件成本高。

2.小型PLC+通用伺服系統方案

每一個工作臺控制系統采用一套“小型PLC+通用伺服系統”，采用一中型PLC做總控制系統。總控制系統統一控制各焊接工作臺的焊機動作、機器人的動作、運輸線的動作以及連接觸摸屏、監視器。

現在很多小型PLC也具備4軸脈沖控制功能，能夠直接發出脈沖控制伺服系統。有些小型PLC具備2～3軸插補功能。這種配置是一套控制系統需要一臺PLC+4套伺服系統。優點是將PLC直接作為“運動控制器”，減少了對“運動控制器”的要求。缺點是運動控制程序編程復雜，難于預先編制10套運動程序；沒有手輪接口；運動控制功能不完善；硬件成本也不低。

3.運動控制器+伺服系統方案

由于本項目運動軸為42個，機器人為2臺、輸入/輸出點數為200～240點，如果考慮采用運動控制器+伺服系統方案，可以較好地滿足項目要求。

以三菱QD77運動控制器（以下簡稱QD77）為例，一臺QD77可以控制16軸，使用3臺運動控制器就可以實現48軸的運動控制。QD77有強大的運動控制功能，可以實現4軸插補及多軸同時起動、同步運行等功能。QD77易于編制復雜的運動程序，也可以預置50個運動程序。

更重要的是QD77可以直接安裝在三菱中大型QPLC上，QD77本身只負責執行“運動程序”，而輸入/輸出、模擬量控制、連接觸摸屏、進行網絡通信、對機器人進行控制的功能全部由QPLC完成。這樣具有極好的技術經濟性指標，既有數控系統的完善運動控制功能，也有PLC系統的邏輯控制柔性。

經過綜合比較3個方案，決定采用運動控制器+伺服系統方案，其主要硬件配置見表1-1。

這個項目樣例說明了運動控制器和交流伺服系統的應用重要性。可以說凡是有運動要求的機械都可能會用到運動控制器和交流伺服系統，運動控制器和交流伺服系統因為其優秀的運動控制功能已經成為工業自動控制領域中一個獨立的重要分支。