基于PLC及觸摸屏的焊接平臺控制系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：文章設(shè)計了一種焊接平臺自動控制系統(tǒng)，進而徹底克服了原有控制系統(tǒng)定位精度低、生產(chǎn)效率低的缺點。主要對控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件控制程序進行了設(shè)計。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)定位進度高，運行平穩(wěn)，也可以靈活改變焊接尺寸，適應(yīng)不同的焊接工件，使用范圍廣，焊接效率高，具有很好的自動化和柔性化。該系統(tǒng)已投入生產(chǎn)使用，性能穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：焊接平臺；PLC；觸摸屏；控制系統(tǒng)

引言

隨著汽車制造技術(shù)的發(fā)展，汽車零部件的生產(chǎn)全過程也逐步走向?qū)I(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)化，焊接生產(chǎn)線的自動化，柔性化與智能化已成為必然趨勢[1]。當(dāng)前PLC和觸摸屏技術(shù)的應(yīng)用已成為構(gòu)建自動化生產(chǎn)線的主要工具，采用該項技術(shù)的焊接系統(tǒng)已成為焊接自動化技術(shù)現(xiàn)代化的主要標(biāo)志[2-3]。PLC具有通用性強，接線簡單，工作可靠等優(yōu)點，已成為工業(yè)控制自動化系統(tǒng)的核心控制器；觸摸屏技術(shù)更是能夠加強人機交互，方便操作與監(jiān)控，已成為大型自動化生產(chǎn)線必不可少的部分，因此，PLC和觸摸屏技術(shù)受到工廠和企業(yè)越來越多的重視。作為汽車零部件生產(chǎn)行業(yè)的汽車座椅支架焊接系統(tǒng)也應(yīng)該緊跟時代的步伐，實現(xiàn)高度的自動化，能夠高效、穩(wěn)定的生產(chǎn)，以滿足汽車行業(yè)的快速發(fā)展。據(jù)了解該焊接系統(tǒng)目前大部分處于人工化或半自動化狀態(tài)，PLC及觸摸屏的應(yīng)用較少或應(yīng)用功能較為單一，有待于進一步研究改造，向自動化、柔性化方向發(fā)展。在汽車座椅支架焊接系統(tǒng)中合理采用PLC、觸摸屏和伺服控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效、穩(wěn)定、大批量多模式的自動化生產(chǎn)。

本設(shè)計是針對廣西柳州某廠家一汽車座椅焊接系統(tǒng)的缺陷進行自動化改造與設(shè)計的。首先引入PLC作為本控制系統(tǒng)的核心控制器，其豐富的內(nèi)部資源便于控制程序的編寫，更容易實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化和柔性化。系統(tǒng)的執(zhí)行電機采用定位準(zhǔn)確的伺服電機，更有利于焊接工件的精確化與標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)還設(shè)有便于操作的觸摸屏，能夠方便的實現(xiàn)系統(tǒng)的基本操作、報禁顯示及焊接工件類型的選擇。

1 自動焊接平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)由主控制器PLC、觸摸屏、機械運動設(shè)備及其他輔助器件如電流檢查器、行程開關(guān)等構(gòu)成。PLC與機械運動設(shè)備連接在一起，操作人員通過觸摸屏及外部按鈕控制整臺設(shè)備的運行，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

具體工作過程為：系統(tǒng)啟動，設(shè)定焊接工件的尺寸，然后進料、啟動焊槍、工作臺運行、焊接、等到所有接點焊接完成后自動出料。

2 主要硬件配置

本系統(tǒng)采用PLC作為控制核心，輸入信號主要有按鈕、原點接近開關(guān)和極限限位開關(guān)，電流檢測傳感器；輸出信號主要有伺服電機的脈沖控制信號和方向控制信號、指示燈、報警器、焊槍升降機構(gòu)及開關(guān)繼電器，此外還有與觸摸屏的通信信號。由于需要進行定位控制，PLC需具備高速脈沖輸出口，且根據(jù)輸入輸出信號的數(shù)量、類型、控制要求，選用三菱PLC FX1S-30MT-001作為主控制器，該型號CPU采用晶體管輸出方式，具有16個數(shù)字量輸入點、14個數(shù)字量輸出點，集成三路高速脈沖輸出，頻率高達100KHz。

伺服電動機作為執(zhí)行元件，與滾珠絲杠配合，通過控制脈沖個數(shù)實現(xiàn)定位。

3 自動焊接平臺控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用三菱PLC FX1S-30MT-001作為主控器，它具體積小、處理數(shù)度快、通信簡單及多種特殊功能等優(yōu)點。本設(shè)計主要應(yīng)用其高速計數(shù)功能對伺服電機編碼器發(fā)出的高速脈沖進行計數(shù)，進而實定位。通過實驗發(fā)現(xiàn)，通過絲桿螺距計算出脈沖數(shù)量直接定位，會因伺服驅(qū)動器的脈沖丟失現(xiàn)象導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確，因此，本設(shè)計在原有開環(huán)控制的基礎(chǔ)上設(shè)計了閉環(huán)控制系統(tǒng)，并在PLC中加入PID控制算法，使得控制誤差得到及時準(zhǔn)確的修正，滿足了一些高進度焊接的場合。DDRVI指令是專用的高速脈沖定位指令，可以設(shè)置脈沖頻率、脈沖總數(shù)、脈沖方向和發(fā)出脈沖的出發(fā)點，它可以通過一個自己特有的寄存器記錄所發(fā)出的脈沖數(shù)和發(fā)出脈沖的方向，可以用于精確的定長控制。

4 觸摸屏監(jiān)控畫面設(shè)計

觸摸屏是一種主要的人機對話裝置，它具有通用性較好，功能全面，與人的親和力極強等特點，在各種工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。在底層控制系統(tǒng)設(shè)計完成的基礎(chǔ)上，為了能夠達到一機多用、人機交互的目地，本設(shè)計采用觸摸屏技術(shù)設(shè)計其上位機監(jiān)控、操作畫面，實現(xiàn)人機交互。由于威綸通觸摸屏具有體積小、成本低、功能全面等優(yōu)勢，本項目采用威綸通觸摸屏MT8050Ii進行組態(tài)設(shè)計，通過畫面的組態(tài)與編寫不同的程序?qū)崿F(xiàn)手自動模式切換、不同尺寸焊接模式的切換、焊機工作狀態(tài)顯示、故障報警等功能。整個上位機監(jiān)控系統(tǒng)主要包括主畫面和分畫面，分畫面包括手動操作畫面、產(chǎn)品尺寸選型畫面。在主畫面中可以顯示當(dāng)前焊接平臺的手自動工作模式、焊接工件數(shù)量統(tǒng)計、報警等，也可以切換到其他分畫面進行操作，具體設(shè)計如圖2所示。

5 結(jié)束語

文章設(shè)計了一種基于PLC及觸摸屏的閉環(huán)焊接平臺柔性化控制系統(tǒng)，具體包括焊接平臺控制系統(tǒng)的控制原理、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。該系統(tǒng)經(jīng)過實際生產(chǎn)驗證，運行性能良好、可靠性高。在進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，還提高了生產(chǎn)效率，以及多用極大地節(jié)約了生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造了更多的價值。

參考文獻

[1]楊艷，文超.汽車車橋的柔性自動化焊接控制系統(tǒng)研究[J].焊接技術(shù)，2014，43（10）：51-53.

[2]向平，張磊，鼓勵帥，等.基于PLC的自動焊接曲線平臺設(shè)計[J].機械設(shè)計，2014，52（6）：74-76.

[3]蔣無疾，金志剛，王娜.五角星自動焊接裝置的PLC控制[J].焊接技術(shù)，2013，42（2）：37-40.

作者簡介：姚江云（1987-），女，山西忻州人，講師，主要從事電氣自動控制系統(tǒng)研究與設(shè)計工作。