PLC在自動(dòng)焊接設(shè)備中的應(yīng)用

陳德領(lǐng)

摘 要：通過PLC和變頻器等來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊機(jī)自動(dòng)控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率，以保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：焊接；PLC；自動(dòng)化

焊接作為工業(yè)“裁縫”，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段，正常在汽車制造、建筑等行業(yè)中所涉及的焊接操作，其焊縫質(zhì)量需要那些經(jīng)過優(yōu)質(zhì)培訓(xùn)的焊工操作才能保證，一般人難以達(dá)到，同時(shí)由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境又非常惡劣，導(dǎo)致自動(dòng)化焊接的需求越來越多。自動(dòng)化焊接設(shè)備的意義主要由以下幾個(gè)方面。

（1）穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，保證其均一性。焊接參數(shù)如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長度對焊接結(jié)果起決定作用。采用自動(dòng)化焊接時(shí)對于每條焊縫的焊接參數(shù)是恒定的，焊縫質(zhì)量受人的因素影響較小，降低了對工人操作技術(shù)的要求，因此焊接質(zhì)量是穩(wěn)定的。

（2）改善工人的勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)者的生產(chǎn)效率。采用自動(dòng)化焊接，工人只需要用來裝卸工件并且遠(yuǎn)離焊接弧光、煙霧、飛濺等危害。另外隨著高速高效焊接技術(shù)的應(yīng)用，使用機(jī)器人式的焊接，效率提高的更加明顯。

（3）產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)品質(zhì)量。自動(dòng)化的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，因此安排生產(chǎn)計(jì)劃也非常明確。

1 自動(dòng)化焊接設(shè)備

1.1 焊接的工作原理

焊接利用正負(fù)兩極在瞬時(shí)短路時(shí)產(chǎn)生的高溫電弧來熔化焊條，從而達(dá)到與被焊物體結(jié)合的目的。現(xiàn)設(shè)計(jì)焊接自動(dòng)化工作臺(tái)，主要完成3600旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，自動(dòng)化焊接過程滿足焊接工藝要求。項(xiàng)目研發(fā)的系統(tǒng)將從焊點(diǎn)分布、焊接順序、時(shí)間、電流、 溫度、受力和平面度等方面保障基體質(zhì)量 ，使焊接部分與非焊接部分硬度均勻一致，解決焊后變形問題，并提高生產(chǎn)效率，降低次品率，從而提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，也使得整個(gè)技術(shù)和管理的自動(dòng)化水平的提高。

1.2 焊接設(shè)備的組成部分

現(xiàn)設(shè)計(jì)該自動(dòng)化焊接設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該自動(dòng)焊接設(shè)備主要由自動(dòng)焊機(jī)、氣源裝置、焊槍伸出機(jī)構(gòu)、工件旋轉(zhuǎn)與壓緊機(jī)構(gòu)、電氣控制柜、門裝置、設(shè)備支架等幾個(gè)部分組成。

1.3 自動(dòng)化焊接設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)

該自動(dòng)化設(shè)備主要用于焊接碳鋼、不銹鋼圓筒形工件，用兩組法

蘭夾具夾住兩件被焊工件，將兩組工件的兩條環(huán)縫同時(shí)對接焊接，以達(dá)到整體工藝效果要求。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 動(dòng)作控制分析

在設(shè)備中，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)3600是由電機(jī)正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的控制應(yīng)用，是在電機(jī)的接線電路中，利用變頻器進(jìn)行控制，當(dāng)變頻器的輸出為正轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)從而正轉(zhuǎn)；當(dāng)變頻器輸出為反轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)從而反轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)的控制。

自動(dòng)焊接設(shè)備在正常工作時(shí)采用自動(dòng)操作方式，一個(gè)周期內(nèi)焊接一個(gè)工件，完成作業(yè)。當(dāng)工人在安裝調(diào)試或設(shè)備出現(xiàn)故障停止運(yùn)行時(shí)，可以采用手動(dòng)方式操作，從而方便了檢查故障的原因。自動(dòng)焊接運(yùn)行方框圖如圖2所示。

2.2 電氣系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

（1）主電路設(shè)計(jì)

工件焊接時(shí)，工件的旋轉(zhuǎn)是靠電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，旋轉(zhuǎn)時(shí)需要無級(jí)調(diào)速，無級(jí)調(diào)速可選用變頻器來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)設(shè)備需求選用容量為7.5KW的電動(dòng)機(jī)，再根據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量選用變頻器，前提考慮電動(dòng)機(jī)三個(gè)方面的參數(shù)：

①電機(jī)的額定電流 ②電機(jī)的功率 ③電機(jī)的極數(shù)

最終可以決定選用三菱FR-E740-7.5KW變頻器，該變頻器的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)容易，可用于通用鼠籠型異步電機(jī)。

（2）PLC機(jī)型的選擇

控制根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，根據(jù)設(shè)備的要求使用了9個(gè)不同的按鈕及使用信號(hào)輸入點(diǎn)12個(gè)，所以要用到的輸入數(shù)量預(yù)計(jì)有20個(gè)；使用了1臺(tái)三相交流電動(dòng)機(jī)，5個(gè)電磁換向閥，其輸出數(shù)量預(yù)計(jì)需要有10個(gè)，以及各種指示燈和安全系數(shù)上的硬件，再預(yù)計(jì)需要10個(gè)輸出點(diǎn)。在選擇機(jī)型時(shí)還要考慮以后設(shè)備的調(diào)整和擴(kuò)充，在實(shí)際統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，所以預(yù)留10%～20%的數(shù)量，可以選定三菱FX3U-64MR型號(hào)的PLC。

2.3 電氣系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)自動(dòng)狀態(tài)流程圖

在自動(dòng)運(yùn)行過程中，有異常報(bào)警發(fā)生時(shí)，必須要按下復(fù)位按鈕來排除故障，直至報(bào)警蜂鳴器停止報(bào)警聲響，報(bào)警紅色指示燈滅，運(yùn)行綠色指示燈亮，方可運(yùn)行，否則，設(shè)備會(huì)一直處于有故障狀態(tài)中。

（2）梯形圖

三菱FX3U-64MR與變頻器通訊程序（略）。

3 結(jié)束語

實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，自動(dòng)焊接系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)用，可以較好的解決焊接困難、生產(chǎn)節(jié)拍低下、勞動(dòng)強(qiáng)度高等實(shí)際生產(chǎn)問題，在局部采用自動(dòng)焊接系統(tǒng)代替機(jī)器人焊接，價(jià)格低廉，受到了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

（1）周虹. 氣動(dòng)與PLC技術(shù)相結(jié)合在機(jī)械手設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.液壓與氣動(dòng).2004.3

（2）袁艷敏.PLC在機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.西安航空技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào).2004.9

（3）范國偉. 電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2013.2