现场总线在汽车焊装生产线中干扰分析及防范

【摘要】本文主要围绕着现场总线对汽车焊接生产的干扰展开了分析，探讨了干扰出现的具体情况，分析了其原因，进而有针对性的提出了防范的措施，以期能够为汽车生产提供参考。

【关键词】现场总线；汽车焊接；生产线；干扰；防范

中图分类号： F407 文献标识码： A

一、前言

目前，在汽车焊装生产线运行的过程中，容易收到现场总线的干扰，因此，为了提高汽车焊装生产线的运行效果，提高生产质量，就必须要进一步分析汽车焊装生产线中防范干扰的措施。

二、焊装生产线的作用及分类

焊装生产工序的主要任务是完成车身（也称为白车身）的加工制造。对于轿车产品来说，车身焊装线一般是由地板总成线、左右侧围总成线、CRP（仪表台横梁+顶盖+后行李仓托架）线和门盖总成线、车身装配调整线等部分组成，各总成构件又由很多合件、组件及零件（大多为冲压件）组成。考虑到起初的开发投资、日后的生产物流、品质管理等因素，这些分总成线一般都建在主机厂附近的配套厂，汽车主机厂通常采用即时直供方式为主机厂焊装线服务。

专有化焊装线，也称之为单一化焊装生产线，就是该焊装线只能为单一车型提供生产。若再开发新车种生产时，就必须异地或迁移现有焊装线后重新建设新的焊装线。从而造成厂房、设备及公用动力设施重复投资造成浪费，生产效率很低；与之对应的柔性化焊装线，是指在相同的地方同一条生产线上可以同时满足多个车种的生产线，其通用设备和公用动力设施一次性投入永久性享用，每次开发新车型时，只需增加部分专用设备模块，改造事先预置的通用设备，调试各种共用化程序即可。柔性化生产线避免了重复投资造成的浪费，而且缩短了技改时间，唯一不足的是初期一次性投资高于固定生产线。

三、汽车焊装生产线的基本组成

汽车焊装生产线由于自动化程度较高,往往完成其固定的焊接工作,这就要求焊装生产线具有安全、可靠、平稳及运行速度可调等功能,这样控制系统采用PLC作为控制核心设备是十分合适的。在汽车焊装生产线中,由于完成的主要工作是部件焊装,在车身焊装过程中有两个明显的特点:一是具有程序性,指车身制件焊装的先后顺序;二是在焊装过程中,需要使用专门的夹具来确定零件或合件的相对位置,并将其夹紧贴合进行焊接。因而汽车焊装生产线主要是由各工序上的焊装夹具、自动焊枪以及各工位间进行产品传输的传送装置组成。

四、汽车生产现场总线

现场总线(fieldbus)是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表互联的通信网络,是现场通信网络与控制系统的集成。

目前世界上开发出了40多种现场总线,其中CAN总线因其具有实时性强、可靠性高、抗干扰性强、通信方式灵活、非破坏性的访问方式和开发简单、廉价等独特之处,适合于汽车检测线中应用。基于CAN总线的汽车检测控制系统可以解决现有RS232、RS485等通信系统的传输速率慢,出现乱码等缺点,可以提高数据传输的实时性和可靠性,而且创建与汽车中微电脑通信的平台,以解决汽车与检测互通信息的前瞻问题。

五、汽车焊装生产线干扰源分析

汽车焊装车间又称作车身车间，是汽车生产四大工艺车间之一，冲压车间生产出来的冲压件，在焊装车间经过散件拼焊，整车拼焊，形成整车白车身，然后进入涂装车间，进行涂装处理。汽车焊装，直接关系到汽车的品质与安全性能，是各汽车生产厂非常重要的工艺车间。由于汽车的拼焊工艺复杂，以及焊装车间特有的工艺特殊性，汽车焊装生产线有以下几种会对现场总线产生干扰的干扰源：

1、焊接干扰。汽车焊接根据焊接手段可以分为电阻点焊，气保点焊，弧焊，激光焊，等离子焊等各种焊接技术；从工艺划分可以分为汽车底盘、座椅骨架、车门，车侧围，车顶盖，车身等焊装生产线。焊接设备随焊接工艺点的分布以及要求不同，但因其遍布整个焊装车间，所以焊接本身带来的电磁干扰也就无处不在，成为对于控制系统现场总线重要的干扰源之一。

2、传动设备干扰。随着生产产能的不断提高，生产柔性化，自动化的不断发展，传动系统在焊装生产线中也是应用越来越广泛，包括部件输送，车身输送，整车拼焊，整车输送等不同的工艺场合，越来越多的会涉及到传动设备。传动设备在起，停，运行以及调速过程中产生大量的高频电磁波，形成干扰，污染附近的现场总线控制系统，也是焊装车间不可忽视的干扰源。

3、动力电缆。就近的动力设备例如焊接变压器，电机等的供电电缆，因动力设备功率大，额定电流高，尤其是启动时瞬间电流可高达额定电流的6~11倍，因而会短时间内产生大的电流冲击，处理不好会影响到现场总线系统的稳定。

4、供电系统干扰。工频电源波形畸变和高次谐波，若未加隔离或滤波，会通过供电系统而进入控制系统，从而影响整个现场总线，这是所有控制系统都面临的一个干扰问题。

5、接地不良引起不稳定。良好的接地是现场总线防干扰的重要措施。常用的接地有保护接地、工作接地、防雷接地和屏蔽接地等。只有保证供电，元器件，设备等按照要求做到合格良好接地，才能保护人及设备的安全，同时使系统稳定可靠。

六、汽车焊装生产线现场总线干扰防范措施

根据现场总线的特点，汽车焊装生产线的工艺要求，结合工程项目实际，以及众多前辈同仁的经验，汽车焊装生产线现场总线设计，安装时需要重点考虑以下几个问题，才能做到对干扰的有效防范：

1、可靠接地。接地的目的是为了保证设备正常工作和人身安全，同时抑制电磁干扰。现场总线的接地分为单点接地和多点接地。一般情况下，工作频率在1MHz以下时，可采用单点接地；如当使用屏蔽电缆低频传输信号时，要将各支线的屏蔽与干线的屏蔽连接在一起，最后集中于一点进行接地（即单点接地）。依据低频现场总线标准，整条电缆上只允许一点接地，总线任何一端都不允许接地，屏蔽层不能当作电源线。当现场总线工作频率在10MHz以上，可采用多点接地，也可两种接地方式混合使用，具体情况应根据所选用的现场总线特性，以及工程实际进行设计。

2、有效利用总线电缆以及电源电缆屏蔽层屏蔽功能。现场总线电缆一般多为屏蔽电缆，频繁启动，改变频率的传动设备一般也会选择屏蔽电缆。这是因为屏蔽电缆有一层金属丝编织或金属带外包的屏蔽层，可以具有电磁屏蔽性能。屏蔽电缆屏蔽层的完整性以及屏蔽层的良好接地对于屏蔽电缆性能的保证非常重要，所以，在设计选型时，要根据要求选择可靠电缆，施工安装时，按照设计要求接线，可有效防范屏蔽电磁干扰。

3、总线设备远离干扰源，总线电缆与动力电缆分别铺设。根据毕奥-萨伐定律，控制现场的动力设备和电力电缆对现场总线的干扰大小，与距离的平方成反比，即距离越大，干扰衰减越快。所以现场总线设备需要尽量远离电机，变压器等动力设备；现场总线电缆铺设与动力电缆分别铺设，至少做到分层桥架布置，能起到很好的防干扰作用。

4、加装隔离变压器，稳压电源。为了防止来自工频电源的干扰，在可能会引发干扰影响总线稳定性的回路中，加装隔离变压器，稳压电源等，减少供电回路由于电源不稳带来的干扰。

5、加装硬件滤波电路。频繁启动，变频等场合动力回路设计需考虑加装输入输出电抗等硬件滤波电路，降低主电源谐波、浪涌和峰值电流，同时，提高控制系统的抗干扰性，保障系统的稳定。

6、设置适宜的通讯速率。现场总线网络总长度与通讯速率有成反比关系，通常网络总长度越长，通讯速率需要降的越低。

那么，随着现场总线长度的增加，现场干扰源的增强，通讯速率往往需要设置的越低，现场总线网络才能稳定。

7、其他措施。还要考虑其他常用的措施方法，例如：加装中继器，放大网络信号，延长网络长度；采用光缆通讯；控制系统及电缆布置铺设与工艺相结合等等。

七、结束语

综上所述，现场总线在汽车焊装生产线中会出现各种干扰的情况，因此，必须要进一步的分析干扰情况，并找出原因，采取有效的措施对其进行防范，提高汽车焊装生产的质量。

【参考文献】

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