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自动化与控制187

基于S7-1500的焊接机器人工作站控制系统设计

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夏楠栾义忠李克奇郭政良

（1.山东大学控制科学与工程学院，济南250061；2.山东大学海洋研究院，青岛266237）

摘要：目前，国内机器人自动化焊接工艺还未完全普及，传统焊接多为人工操作，焊接环境比较恶劣，且

焊接效果常受制于工人经验、情绪以及身体状况等因素。与人工焊接相比，机器人自动化焊接有着无可比拟的优势。

基于此，设计了一套完备的焊接机器人工作站控制系统硬、软件方案，以西门子S7-1500PLC作为控制器，运用

顺序功能图分析焊接工序，采用TIAportal软件进行编程设计，规划了控制系统的通信架构，研究了焊接机器人、

变位机及其夹具、机器人桁架、焊接电源系统、焊接排尘系统等设备的配套集成控制。基于S7-1500PLC的焊接

机器人工作站，提高了焊接质量与生产效率，改善了工人的劳动条件。

关键词：自动化焊接机器人控制系统

目前，焊接已逐渐成为广泛应用的材料连接方法，在性能、开放性、创新性等方面有了很大升级，凭借快速响

机械制造、桥梁建筑、航空航天以及电子产品生产等行业应时间、集成的CPU显示面板以及相应的调试和诊断机制，

中得到普遍应用。焊接通常有着较为恶劣的现场环境，焊极大地提升了生产效率，降低了生产成本，满足焊接机器

接过程中会产生有害气体、弧光等，损伤焊工身体。另外，人工作站的控制需求。将电源、排尘、桁架和变位机等设

焊接工艺过程较为复杂，传统人工焊接需要以固定姿态长备相互连接，通过编写PLC程序实现各个设备的独立功能

时间工作，造成焊接工作强度较大、焊接质量不稳定、焊与相互协调，硬件架构如图2所示。

接生产效率不高等一系列问题。机器人焊接技术不仅显著表1焊接机器人工作站主要设备组成

提高了焊接生产效率与焊接质量，同时也改善了工人操作设备名称简要说明

环境，在很大程度上减轻了工人的劳动强度。焊接机器人FANUCm-10ia8l，配套R-30iAb型控制柜

焊接电源、水箱、焊枪、防撞

本文主要研究焊接机器人工作站控制系统，设计了工焊接电源系统装置、送丝机、清枪器、保护气等

作站各设备及总体方案，研究了基于西门子S7-1500PLC为排尘系统高压负载除尘

控制系统核心的硬、软件及通信架构。通过该方案，可实通过翻转和回转使固定在工作台上的

现焊接前及焊接过程中模块自动控制，还针对实际生产现变位机及其工件达到所需的焊接、装配角度

夹具桁架系统搭载焊接机器人移动，保证焊接

场进行了程序优化。

过程中焊枪始终处于最佳焊接姿态

1控制系统总体方案设计直焊缝工作台用于其它焊接任务

本方案主要实现刀盘部件焊接机器人工作站控制系统安全围栏保护、隔离作用

配套集成，实现焊接自动化，提高焊接质量与生产效率。

通过分析刀盘部件焊接机器人项目工作要求与现场实际情

况，设计总体控制方案，简要说明各设备技术要求，并给

出整体结构模型图。

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