崔向明

摘要:火車運(yùn)行速度的不斷提高,對(duì)鋼軌接頭焊接質(zhì)量要求也越來越高,特別是在施工現(xiàn)場(chǎng)的焊接和焊后熱處理等。過去手工操作氣壓焊設(shè)備,憑施工人員經(jīng)驗(yàn)和眼力判定,工步不連貫,嚴(yán)重影響再結(jié)晶效果,降底焊接質(zhì)量。針對(duì)上述問題,在現(xiàn)有小型氣壓焊設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行改造,整套設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì),推凸采用保壓方式,克服人為因素與環(huán)境溫度對(duì)焊接質(zhì)量的影響,減少操作人員及勞動(dòng)強(qiáng)度,保證焊接質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞:系統(tǒng)組成;參數(shù)設(shè)置;工作過程;應(yīng)用軟件;歷史曲線和接口轉(zhuǎn)儲(chǔ)

1 系統(tǒng)基本組成

控制部分:人機(jī)介面型號(hào)選擇DOP-AE80THTD。配有2個(gè)串通訊接口UART和2個(gè)USB接口,其中COM2/RS458和可編程序控制器(PLC)相連;一個(gè)USB用于接U盤,作為整個(gè)畫面內(nèi)容轉(zhuǎn)儲(chǔ)?？删幊绦蚩刂破魇窍到y(tǒng)的核心,由含數(shù)字量的CPU單元和模擬量擴(kuò)展單元組成。數(shù)字量完成各個(gè)閥門位置檢測(cè)和限位及氣體流量微調(diào)等功能;模擬量A/D部分對(duì)氣體質(zhì)量流量采樣、壓力采樣、頂鍛位移量的采樣等。D/A部分對(duì)氣體質(zhì)量流控制閥門開度的控制,由兩個(gè)獨(dú)立的具有PID調(diào)節(jié)功能的閉環(huán)系統(tǒng)完成。系統(tǒng)壓力傳感器采用擴(kuò)散硅型,三線制24V供電,輸出4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)對(duì)應(yīng)壓強(qiáng)0-60Mpa。

超高壓油泵與壓力焊接機(jī)部分:電動(dòng)式超高壓截止閥門能使油路在高低壓力的條件下快速進(jìn)行換向并有保持壓力功能等。壓機(jī)是在高壓油泵作用下能產(chǎn)生最大70噸力,能滿足鋼軌在焊接時(shí)頂鍛和推凸、保壓等工序所需要的力。并保證在焊接全部過程中兩段鋼軌中心在一條直線上,滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。

加熱部分:由氣源、壓力表、控制器;氣體混合器;乙炔回火防止器,外燃型鋼軌加熱器;氣體過濾器及氣體快速接頭;冷卻水循環(huán)泵等組成。加熱器按照焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)將鋼軌加熱到塑性狀態(tài)的溫度?？刂破鞅容^復(fù)雜:由PLC部分開關(guān)量、模擬單元、人機(jī)介面、兩個(gè)氣體質(zhì)量控制器(D07-9E)組成。具有氣體通道清洗、關(guān)閉、閥控功能。

磁性標(biāo)尺:由電阻式位移傳感器和5.25V基準(zhǔn)電源構(gòu)成,其測(cè)量精度達(dá)百分之一毫米。頂鍛量是由PLC程序自動(dòng)檢測(cè)并運(yùn)算出鋼軌位移量的相對(duì)差值,由人機(jī)介面直接顯示出來。鋼軌加熱時(shí)軸向膨漲,顯示出來的是負(fù)值,同時(shí)系統(tǒng)壓力有所上升,人機(jī)介面實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)地反映焊接過程各個(gè)參數(shù)的變化。

擺火機(jī)構(gòu):由直流可調(diào)速小型電動(dòng)機(jī)和可變式曲柄連桿機(jī)構(gòu)及滑動(dòng)小臺(tái)車組成,帶有點(diǎn)動(dòng)按鈕,能使加熱器火孔正對(duì)準(zhǔn)兩鋼軌間焊縫,并保證點(diǎn)火時(shí)焊縫間無(wú)積碳污染。擺火電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度由程序改變,擺火位移線速度按余弦規(guī)律變化,這樣能使得鋼軌受熱效果達(dá)到最佳化。

2 參數(shù)設(shè)置

人機(jī)介面中的焊接參數(shù)設(shè)置畫面運(yùn)用了畫面開啟宏和畫面關(guān)閉宏功能及畫面周期宏功能Cycle。在校對(duì)PLC內(nèi)部時(shí)鐘與人機(jī)介面時(shí)鐘時(shí),要求同步,用GETSYSTEMTIME命令和資料搬移MOV命令,配合畫面上“系統(tǒng)時(shí)間日期按鈕”十分方便地將實(shí)時(shí)時(shí)間設(shè)置在PLC中,這樣PLC內(nèi)時(shí)鐘與人機(jī)時(shí)鐘和當(dāng)?shù)貢r(shí)區(qū)時(shí)間三者統(tǒng)一。系統(tǒng)意外斷電后所設(shè)置的參數(shù)也不會(huì)丟失。

3工作過程

檢查氣體出口壓力是否在規(guī)定的范圍之內(nèi),在確認(rèn)冷卻系統(tǒng)水管暢通的條件下,按動(dòng)自動(dòng)控箱操作面板上“啟動(dòng)”按鈕之后,以下各個(gè)工步將按照所設(shè)置的參數(shù)自動(dòng)地執(zhí)行下去;直到焊接結(jié)束包括打印報(bào)告數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)在內(nèi)一次性完成,最后自動(dòng)將機(jī)械復(fù)位,并為下次焊接作好準(zhǔn)備。

按一下“啟動(dòng)”按鈕后,PLC中系統(tǒng)控制區(qū)畫面編號(hào)寄存器(SNIR)將人機(jī)切換到“工作狀態(tài)一覽表”畫面。油泵起動(dòng)油壓升到預(yù)頂壓強(qiáng),將兩段待焊鋼軌對(duì)嚴(yán)對(duì)齊,自動(dòng)地開啟兩個(gè)氣體流量控制器,點(diǎn)燃加熱器,擺火機(jī)構(gòu)開始以每分鐘46次擺動(dòng)。加熱器本身溫度上升使火孔縮小,為此在氣體流量的控制中應(yīng)用了PID調(diào)節(jié)程序,使其加熱功率大,火焰穩(wěn)定,熱力場(chǎng)分布合理,這方面手工操作方式的氣體控制箱是不能比擬的。磁性標(biāo)尺的相對(duì)位置變化檢測(cè)到預(yù)頂鍛量達(dá)到設(shè)定值時(shí),自動(dòng)將系統(tǒng)壓力降到待頂壓力值,加熱器繼續(xù)加熱,待加熱時(shí)間到設(shè)定值后進(jìn)入頂鍛工步,擺火速度每分鐘60次,磁性標(biāo)尺檢測(cè)到頂鍛量等于設(shè)置的數(shù)值時(shí),系統(tǒng)油壓上調(diào)的同時(shí)開始推凸操作,刀架前移趨動(dòng)推凸刀除掉焊瘤部分。PLC通過壓力傳感器判別推凸?fàn)顟B(tài),如果推凸壓力在增大趨勢(shì)時(shí)突然變小說明推凸結(jié)束。整個(gè)焊接周期五分鐘左右時(shí)間。推凸結(jié)束后推凸閥自動(dòng)切換到推凸退刀位置,使其退刀到位后,高壓油泵壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)到0 Mpa,爾后油泵電動(dòng)機(jī)停止工作。PLC中系統(tǒng)控制區(qū)畫面編號(hào)寄存器(SNIR)將人機(jī)切換到“工作報(bào)告”畫面并啟動(dòng)打印程序,將其打印輸出。畫面轉(zhuǎn)儲(chǔ),自動(dòng)控制箱面板上安裝榮達(dá)微型熱敏漢字打印機(jī)(RD-158-8+),PLC的RS485接口只用一根數(shù)椐線和打字機(jī)TTL電平標(biāo)準(zhǔn)的串行口聯(lián)接,實(shí)現(xiàn)即時(shí)打印輸出。

4應(yīng)用軟件

PLC系統(tǒng)配置與梯形圖編程,人機(jī)介面用畫面編輯Screen Editor編程(Sersion 1.05.7),兩部分相互配合。

PLC程序采用模塊化方式,將控制程序根據(jù)功能分為不同邏輯塊即子程序,在主程序( OB1)中可以根據(jù)條件調(diào)用不同的邏輯塊,其特點(diǎn)是主程序簡(jiǎn)單明了,調(diào)試方便,由于邏輯塊是有條件的調(diào)用,所以CPU利用率高,與人機(jī)介面通訊可靠。

人機(jī)編程

a.設(shè)定模組參數(shù):系統(tǒng)控制區(qū)8個(gè)字長(zhǎng)。通迅設(shè)置:①人機(jī)站號(hào) 0 ; ②PLC預(yù)置站號(hào)2 ; ③通迅端口RS-485 ; ④停止位1Bits ;⑤波特率 9600 ; ⑥奇偶校驗(yàn) Even。

b.用畫面Gycle宏完成PLC內(nèi)時(shí)鐘與人機(jī)內(nèi)時(shí)鐘同步,創(chuàng)建一個(gè)所謂系統(tǒng)畫面,并放置<系統(tǒng)時(shí)間日期>按鈕,其畫面開啟宏和畫面關(guān)閉宏指令巨集如下:

SETB (2@V490.0)//系統(tǒng)畫面開啟宏V490.0=1END

CLRB (2@V490.0)//系統(tǒng)畫面關(guān)閉宏490.0=0 END

在系統(tǒng)畫面上可以隨時(shí)地調(diào)整人機(jī)內(nèi)時(shí)鐘(星期暫不用),配合PLC時(shí)鐘寫命令,完成時(shí)鐘同步。

$100=GETSYSTEMTIME

(2@V236)=$100//年(2@V238)=$101//月

(2@V240)=$102//日(2@V242)=$104//時(shí)

(2@V244)=$105//分(2@V246)=$106//秒

END

C.歷史趨勢(shì)曲線:系統(tǒng)壓力與標(biāo)尺位移共用1號(hào)緩沖區(qū),讀取PLC地址2@1000;數(shù)值單位4(字);取樣周期1000 ms ;取樣點(diǎn)111 ;觸發(fā)源 PLC ;記錄時(shí)間日期 Yes ;氧氣流量與乙炔流量共用2號(hào)緩沖區(qū),讀取PLC地址2@1008;數(shù)值單位4(字);取樣周期1000 ms ;取樣點(diǎn)111 ;觸發(fā)源 PLC ;記錄時(shí)間日期 Yes ;

結(jié)論:經(jīng)國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)檢索,“應(yīng)用觸摸式液晶屏即人機(jī)介面,直接輸入焊接參數(shù),顯示參數(shù)、歷史趨勢(shì)曲線,控制焊接,配有微型打印機(jī),焊接完成后自動(dòng)打印焊接摻數(shù),通過人機(jī)介面USB接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存,均未見過文獻(xiàn)報(bào)道”。DOP-AE80THTD型人機(jī)介面,在野外冬季工作溫度可以達(dá)零度;夏季在陽(yáng)光陰影下圖形和文本顯示清晰。

應(yīng)用自動(dòng)控制鋼軌氣壓焊接設(shè)備,一次性連續(xù)15個(gè)鋼軌焊接頭,進(jìn)行破壞性落錘試驗(yàn)格率為百分之百。在實(shí)際線路上經(jīng)過一年多千余次焊接施工,合格率為百分之百,用戶反映良好。

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