自動焊錫機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

徐　偉，季琪輝

（常熟理工學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院，江蘇常熟215500）

自動焊錫機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

徐偉，季琪輝

摘要：在分析了全自動焊錫機(jī)系統(tǒng)的功能需求基礎(chǔ)上，提出了一套基于PLC技術(shù)的自動焊錫機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方案.簡要論述了焊錫系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和選取原則.介紹了全自動焊錫機(jī)系統(tǒng)的軟件實現(xiàn).實際應(yīng)用表明：自動焊錫系統(tǒng)不僅能夠滿足焊錫的生產(chǎn)要求，而且具有生產(chǎn)效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)和維護(hù)簡單等特點(diǎn).

關(guān)鍵詞：焊錫機(jī)；自動控制；PLC

自動焊錫機(jī)是指能將包含焊點(diǎn)定位、出錫、焊接和焊錫殘渣清理等多個工序的完整焊接過程一次性完成的焊錫裝置［1］.雖然焊錫機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，然而，隨著焊接工藝的更新、焊接材料的變化和焊接工作量的增加，傳統(tǒng)焊錫機(jī)的焊接可靠性、焊接質(zhì)量和焊接效率已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化焊接生產(chǎn)的需要［2］.因此，針對新一代自動焊錫機(jī)的功能需求，本文提出一套基于PLC控制技術(shù)，并結(jié)合光電傳感器等硬件構(gòu)建自動焊錫機(jī)控制系統(tǒng)的方案，實現(xiàn)了焊錫過程完全自動化，提高了焊錫機(jī)的工作效率.

1　系統(tǒng)功能需求

在日常的工業(yè)生產(chǎn)中有很多元器件的固定與連接需要依靠錫焊工藝.焊接的質(zhì)量、準(zhǔn)確性將直接影響部件的功能，也是產(chǎn)品安全性、可靠性的決定因素之一.根據(jù)某企業(yè)自動化生產(chǎn)線上對產(chǎn)品的錫焊要求，兼顧焊接可靠性、質(zhì)量和效率，該自動焊錫控制系統(tǒng)需要具備如下功能：

（1）能夠確保對焊點(diǎn)的精確定位，有效降低漏焊和錯焊率.

（2）焊錫系統(tǒng)加熱溫度、出錫速度和錫絲直徑等相關(guān)參數(shù)能夠根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié).

（3）系統(tǒng)具備溫度報警和錫絲報警功能.

（4）焊錫系統(tǒng)需要具有良好的人機(jī)交互界面，能夠?qū)崟r的對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，提示報警信息等功能.并且能夠在界面中實現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)的設(shè)置.

2　系統(tǒng)總體設(shè)計

自動焊錫系統(tǒng)采用PLC作為整個系統(tǒng)的控制中心，通過對到位信號、溫度信號和安全光柵信號的采集與處理確保整個自動焊錫過程的安全與可靠.電缸控制器實現(xiàn)對夾具位置、運(yùn)動速度等參數(shù)的精確控制，從而實現(xiàn)對焊點(diǎn)的準(zhǔn)確定位.采用焊錫裝置可以實現(xiàn)系統(tǒng)加熱溫度、出錫速度的調(diào)節(jié)，同時實現(xiàn)高溫與缺錫絲報警.運(yùn)用觸摸屏與PLC實現(xiàn)信息交互，達(dá)到實時顯示系統(tǒng)的生產(chǎn)狀態(tài)、提示系統(tǒng)報警信息并控制生產(chǎn)流程的目的.系統(tǒng)軟件由基于Windows的STEP7-Micro/WIN32編制，并結(jié)合Wincc組態(tài)軟件實現(xiàn)對整個自動焊錫過程的監(jiān)控［3-5］.其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

（常熟理工學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院，江蘇常熟215500）

圖1　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

3　系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計

選取PLC時，一定要注意I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計這項指標(biāo).需要提前統(tǒng)計出被控對象的I/O點(diǎn)數(shù)，再根據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果選取合適的PLC.一般情況下，一個輸入輸出元件需要占用一個輸入輸出端口.通常會在總點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上加上20%左右的備用量.

根據(jù)焊錫系統(tǒng)的控制要求，確定了PLC的輸入/輸出的地址分配表.根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計一共需要22個輸入點(diǎn)和15個輸出點(diǎn)，見表1.

3.2PLC的選取

本系統(tǒng)采用西門子S7-200系列PLC，S7-200是針對低性能需求的小型PLC，它的硬件配置很靈活，自帶了通信接口、內(nèi)置電源以及I/O端口.一個S7-200CPU可以構(gòu)成一個控制系統(tǒng)，如果要構(gòu)成中等規(guī)模的控制系統(tǒng)，可以通過擴(kuò)展電纜進(jìn)行I/O模塊的擴(kuò)展.它適用于各種控制系統(tǒng)，各種檢測、監(jiān)測和控制等［6-7］.選用S7-200 CPU226，它集成了24個輸入點(diǎn)16個輸出點(diǎn)，共有40個數(shù)字量I/O.它可以擴(kuò)展7個模塊，擴(kuò)展至248點(diǎn)數(shù)字量或35點(diǎn)模擬量I/O，滿足本系統(tǒng)設(shè)計需求.

3.3到位信號檢測電路設(shè)計

到位信號檢測通過光電傳感器實現(xiàn)，它通過感受光強(qiáng)度的變化來改變電信號實現(xiàn)對現(xiàn)場的控制.在檢測到實物之后，信號導(dǎo)通傳輸給PLC控制器.本設(shè)計采用8路光電傳感器實現(xiàn)8種到位狀態(tài)檢測.光電傳感器與PLC的接線如圖2所示.

表1　PLC I/O分配表

4　系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1系統(tǒng)總體流程

本系統(tǒng)主要的生產(chǎn)流程如下：啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)處于原位，放上待焊錫的生產(chǎn)元器件.在檢測到放置無誤之后按下控制啟動按鈕，電缸根據(jù)設(shè)置好的值將夾具送到位置C1.到達(dá)規(guī)定位置之后，出錫裝置出錫，焊頭氣缸將到伸出位S2進(jìn)行第一次的焊錫工作，第一次焊錫完成之后，焊錫頭回到縮回位S1，夾具被送到設(shè)置好的位置C2，此時焊錫頭下來進(jìn)行第二個焊接點(diǎn)的焊接，焊錫完成之后清理錫渣氣缸進(jìn)行錫渣清理，在一個循環(huán)的焊錫工序之后，系統(tǒng)回歸原位狀態(tài).如果途中出現(xiàn)錫料不足或者待焊錫的元器件未放置好，系統(tǒng)將會報警.重新上料或重置元器件既可消除報警.系統(tǒng)主要流程如圖3所示.

圖2　光電傳感器接線圖

圖3　系統(tǒng)工作流程

4.2PLC程序設(shè)計

4.2.1檢測產(chǎn)品到位程序設(shè)計

放置產(chǎn)品之后由檢測氣缸來檢測產(chǎn)品是否到位.如果在3 s之后，檢測氣缸伸出位：V12.1得電，表示產(chǎn)品沒有到位，那么Seq300的值將變?yōu)?0并返回上一程序段.需要重新放置產(chǎn)品.若檢測氣缸檢測到產(chǎn)品放置到位：V12.7得電.此時Seq300的值將變?yōu)?00.表示產(chǎn)品已經(jīng)放置好.其PLC梯形圖如圖4所示.

圖4　檢測產(chǎn)品到位梯形圖

4.2.2裝置出錫程序設(shè)計

完成一個工件的焊錫工作，出錫裝置需要出錫4次.焊點(diǎn)1要出錫2次，焊點(diǎn)2出錫2次.在步進(jìn)值Seq等于120時，焊點(diǎn)1進(jìn)行第一次出錫.在間隔2 s之后，對焊點(diǎn)1進(jìn)行第二次出錫焊錫.同樣，當(dāng)Seq等于280，360的時候?qū)更c(diǎn)2分別出錫進(jìn)行焊錫工作.其PLC梯形圖如圖5所示.

圖5　裝置出錫梯形圖

4.3Wincc組態(tài)設(shè)計

Wincc控制界面由主畫面和監(jiān)控畫面、手動模式、報警畫面、原點(diǎn)畫面、參數(shù)設(shè)置、產(chǎn)品選型、I/O監(jiān)控、返回啟動畫面等8個子控制界面組成.點(diǎn)擊每一個畫面按鈕，就會觸發(fā)對應(yīng)的事件，進(jìn)入到相應(yīng)的組態(tài)界面.

由于系統(tǒng)調(diào)試的需要，設(shè)計一個手動控制模式的界面，可以單獨(dú)控制相應(yīng)的控制位，也可以實時觀察到各個位的狀態(tài).比如檢測氣缸位、焊頭上下氣缸位、清理錫渣氣缸位等.手動控制模式主要用于調(diào)試過程的手動調(diào)試.

5　系統(tǒng)調(diào)試

首先，將一個待焊錫的元件放置并固定在夾具上，啟動PLC使光電傳感器開始工作，檢測待焊錫元件放置無誤后，按下系統(tǒng)啟動按鈕.在安全光柵接收到操作人員的手離開危險區(qū)的信號后，夾具會把待焊錫的器件送到電缸設(shè)置好的位置1.出錫之后，焊錫頭會下降進(jìn)行第一次的焊錫.在反復(fù)調(diào)試之后，最終確定焊錫的時間大約為5 s.通過參數(shù)設(shè)置界面可以進(jìn)行焊錫時間的設(shè)置.間隔2 s之后，再重復(fù)一次，完成了焊點(diǎn)1的焊錫之后，焊頭回到原位.

然后夾具會走到電缸設(shè)置好的位置2，此時焊頭再次下降，出錫管再次出錫，進(jìn)行對第二個待焊錫點(diǎn)的焊錫工作.清理錫渣氣缸會到伸出位，在焊頭下面收集途中所產(chǎn)生的錫渣，再由氣管吸走錫渣盒里面收集到的錫渣，清理工作現(xiàn)場.整個焊錫過程可由監(jiān)控界面進(jìn)行監(jiān)控.

6　結(jié)論

本文在綜合運(yùn)用PLC編程技術(shù)和Wincc組態(tài)技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合電缸，傳感器，焊錫組件等硬件設(shè)備完成了自動焊錫機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了焊錫過程的完全自動化.實踐應(yīng)用表明：該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)且實時性高等優(yōu)點(diǎn)，能夠切實提高生產(chǎn)效率，具有一定的推廣價值和應(yīng)用前景.

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A Design of Automatic Soldering Machine Control System

XU Wei, JI Qihui
（School of Electrical and Automation Engineering, Changshu Institute of Technology, Changshu 215500, China）

Abstract：Based on the analysis of the function requirements of automatic soldering machine system, a design of automatic soldering machine system based on PLC technology was introduced. The hardware structure and selection principle of the soldering system were briefly discussed. The software realization of the system was introduced in detail. Finally, the practical application showed that the automatic soldering system could not only meet the requirements of the solder, but it also had the advantages of high production efficiency, strong stability, and simple maintenance, etc.

Key words：soldering machine；automatic control；PLC

中圖分類號：TP23

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-2794（2016）02-0056-04

收稿日期：2015-08-31

通信作者：徐偉，實驗師，工學(xué)碩士，研究方向：計算機(jī)先進(jìn)控制技術(shù)，E-mail：xu_wei985@163.com.