張蓉蓉 邵喜樂 唐義鋒

摘 要：針對高壓油管自動焊接機(jī)的使用需要，應(yīng)用PLC進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計。分析了高壓油管自動焊接機(jī)工作原理，確定了系統(tǒng)控制方案，提出一種以PLC為控制核心，結(jié)合氣體保護(hù)焊、氣動夾緊機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)焊接機(jī)構(gòu)等工藝為支撐的自動焊接機(jī)設(shè)計方案。設(shè)計了PLC自動控制系統(tǒng)的軟、硬件，給出端子分配，并設(shè)計出外部接線圖及程序。經(jīng)現(xiàn)場安裝調(diào)試表明，各項功能達(dá)到了設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：高壓油管；焊接；PLC；自動控制

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：16723198（2015）19022201

高壓油管是高壓油路的重要組成部分，對耐壓性、抗疲勞強(qiáng)度，以及密封性都有較高的要求。高壓油管自動焊接機(jī)是通過設(shè)計合適的自動焊接裝置、配套的焊接工裝，在合理的焊接參數(shù)下，由控制系統(tǒng)控制操縱臺，實現(xiàn)油管的自動焊接。因此，控制系統(tǒng)的好壞對焊接品質(zhì)、焊接效率、縮短操縱臺的生產(chǎn)周期，保證焊接的穩(wěn)定性和一致性等方面起關(guān)鍵性作用。本文研究一種基于PLC的高壓油管自動焊接機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用立式環(huán)焊縫焊機(jī)結(jié)構(gòu)，以PLC為控制核心，實現(xiàn)焊接絲和主機(jī)的自動控制，通過機(jī)械手及固定模具，進(jìn)行工作的快速裝夾與焊接，采用CO2氣體保護(hù)焊接工藝、自動控制焊接速度等，以達(dá)到自動、精密、清潔、高效的焊接質(zhì)量要求。

1 高壓油管自動焊接機(jī)工作原理

高壓油管自動焊接機(jī)主要包括CO2氣體保護(hù)焊接設(shè)備、氣缸、自動送焊接絲設(shè)備、旋轉(zhuǎn)焊接機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)及機(jī)架等，通過操作面板對焊機(jī)的電流、電壓的調(diào)控，進(jìn)而實現(xiàn)對自動焊接參數(shù)設(shè)定，氣缸部分控制機(jī)械手的伸縮以夾緊工件，使其固定在模具中，從而滿足焊接零件之間的精確對接與焊接工藝要求。旋轉(zhuǎn)式焊接機(jī)構(gòu)為焊接機(jī)械的關(guān)鍵部件，有立式和臥式結(jié)構(gòu)之分，本設(shè)計采用立式結(jié)構(gòu)，其旋轉(zhuǎn)焊接機(jī)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 高壓油管自動焊接機(jī)旋轉(zhuǎn)焊接機(jī)構(gòu)示意圖

圖1中的旋轉(zhuǎn)焊接機(jī)構(gòu)由工作臺及與其相固聯(lián)的立柱與卡盤等部件，通過卡盤固定模具，進(jìn)而因定焊接件，工作臺下端聯(lián)接直流電機(jī)以驅(qū)動轉(zhuǎn)臺，進(jìn)而帶動焊槍繞卡盤中心旋轉(zhuǎn)，實施勻速焊接，氣缸用于控制進(jìn)退槍動作。在主軸的轉(zhuǎn)臺內(nèi)側(cè)裝有一接近開關(guān)，可保自焊槍轉(zhuǎn)動一圈后自動停止。焊槍由CO2氣體保護(hù)焊接機(jī)引出。

2 系統(tǒng)控制方案分析

本系統(tǒng)主要控制項目有焊接機(jī)的電流、電壓控制、送絲速度控制、焊接速度控制即旋轉(zhuǎn)臺速度控制，工件夾緊氣缸控制和進(jìn)退槍控制等，還需具有手動與自動控制兩種功能。

焊接機(jī)電源、電壓的調(diào)整通過控制面板設(shè)定完成，操縱臺采用直流電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)速度控制通過控制PWM直流調(diào)速電源的輸入量實現(xiàn)。該三項功能由于手動十分困難設(shè)定，正常作業(yè)前，根據(jù)工件的情況進(jìn)行調(diào)整，正常作業(yè)時無需調(diào)整。PLC控制系統(tǒng)部分主要用于實現(xiàn)控制直流電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，氣缸伸、縮以控制進(jìn)、退槍，點焊控制，起停，實現(xiàn)手動與自動功能等。

3 基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 PLC電氣控制原理圖設(shè)計

由上述分析知，系統(tǒng)具有基于PLC的手動與自動控制性能。因此，通過PLC可實現(xiàn)系統(tǒng)焊接工作模式設(shè)置、控制系統(tǒng)的各種功能，從而實現(xiàn)對焊接機(jī)進(jìn)行上述的控制。結(jié)合集成部件中的設(shè)定電流電壓及電機(jī)速度，可以得出，本設(shè)計中至少需要10輸入點和7個輸出點，如果將所有信號均通過PLC控制，這時不僅開關(guān)IO的端子數(shù)有所增加，還需增加三個通道的模擬輸入輸出模塊，目前可采用最為適用的方法進(jìn)行端子分配與設(shè)計。

結(jié)合現(xiàn)有情況，系統(tǒng)選用PLC的型號為：FX2N-32MR。PLC電源電壓為AC220V。信號輸入均為開關(guān)量，采用內(nèi)部提供的DC24V電源。系統(tǒng)中的輸出端子直接控制繼電器線圈，選用繼電器線圈額定電壓為DC24V，且由外電源對輸出端供電。I/O的端子及地址分配表如表1所示。

在控制電路的設(shè)計中，根據(jù)端子分配表中對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行電路設(shè)計，對于正常工作時不動作的輸入信號，輸入端子盡量用常開觸點接入，以實現(xiàn)編程時內(nèi)部觸點狀態(tài)與外部保持一致，且可以達(dá)到減小輸入端子通電時間的效果，本設(shè)計中，SB7分別指示手動和自動，使用拔鈕開關(guān)或帶自鎖的按鈕開關(guān)，由于焊接過程到

達(dá)撻接處時，還需要焊槍運行一適當(dāng)?shù)木嚯x，從而使接頭充分對接，這就需要在旋轉(zhuǎn)支架到達(dá)傳感器時還需要有一定的延時，且這一延時時間隨加工工件的大小而異，需要便于調(diào)整，而使用PLC中的定時器不便調(diào)整，這里使用一個獨立的時間繼電器完成此項功能。為了避免正反轉(zhuǎn)，進(jìn)退槍同時動作，除梯形圖互鎖外，還需要電氣互鎖，且體電路如圖2所示。

圖2 PLC控制電路的電氣接線圖

3.2 PLC程序設(shè)計

本系統(tǒng)中，由PLC控制部分的主要功能有進(jìn)退槍、正反轉(zhuǎn)，且可點動控制，點焊功能在點動正轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上，增加焊機(jī)的控制；手動控制為手點情況下：在點動正轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上，增加焊機(jī)與電機(jī)的控制；自動狀態(tài)下：如果在起動工作過程中，只能由停止按鈕或急停按鈕使其停止，其他按鈕不起作用，可調(diào)速和調(diào)電流電壓如在停機(jī)狀態(tài)，可以對任何按鈕進(jìn)行操作。經(jīng)過上述分析，可應(yīng)用經(jīng)驗設(shè)計法完成PLC梯形圖設(shè)計，并在脫機(jī)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試，合格后進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。

4 現(xiàn)場調(diào)試

在高壓油管自動焊接機(jī)安裝完成后，首先檢查自動送絲機(jī)、氣缸、電動機(jī)、面板、焊接旋轉(zhuǎn)支架等是否連接正確。具體調(diào)試步驟：（1）按下夾緊按鈕，觀察夾緊氣缸能否夾按照給定的速度進(jìn)行伸縮，夾緊機(jī)構(gòu)可否靈活調(diào)節(jié)，如將工件一起夾緊，觀察能否與卡盤上的模具中的接頭工件緊密配合；（2）按下電機(jī)啟動按鈕，觀察電機(jī)能否帶動齒輪進(jìn)行正傳、反轉(zhuǎn)以及停止；（3）觀察能否通過PWM調(diào)速電源來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動速度；（4）按下面板中的進(jìn)槍按鈕，進(jìn)行焊接，觀察電流、電壓大小是否符合焊接的速度要求；（5）觀察自動送絲機(jī)是否正常送絲且送絲速度正常；（6）在氣體保護(hù)焊設(shè)備下觀察焊接時是否存在焊絲飛濺的問題；（7）按下急停按鈕，觀察能否斷電停止，焊接工件能否保持停電前的狀態(tài)；（8）焊接完成后觀察焊口是否平滑且無缺口。

在確認(rèn)硬件安裝連接無誤后，檢查PLC編程，嚴(yán)格按PLC端子分配表與接線原理圖裝接主電路與控制電路。應(yīng)用GX Developer8.34L-C三菱編程軟件，打開工程，并在STOP狀態(tài)接通PLC電源，將梯形圖寫入PLC中，如果計算機(jī)與PLC保持連接狀態(tài)，此時將程序顯示窗口置監(jiān)控狀態(tài)。按照被控設(shè)備的動作要求利用按鈕開關(guān)進(jìn)行調(diào)試，修改程序直到達(dá)到設(shè)計要求。

5 結(jié)論

本文對基于PLC的高壓油管自動焊接機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析與設(shè)計，具體分析了高壓油管自動焊接機(jī)的工作要求，確定了以高壓油管和接頭、氣體保護(hù)焊和自動焊接機(jī)的設(shè)計方案，著重設(shè)計了PLC自動控制系統(tǒng)的軟、硬件，給出端子分配，并設(shè)計出外部接線圖及程序。經(jīng)現(xiàn)場安裝調(diào)試表明，本文提出的設(shè)計方案可以滿足生產(chǎn)要求，并能提高生產(chǎn)效率，提高焊接質(zhì)量，并有一定的靈活性和適應(yīng)性。

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