數(shù)控PLC技術(shù)在機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中的有效應(yīng)用

師英山

摘要：PLC技術(shù)具有提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的功能，而機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接具有較高的穩(wěn)定性要求，屬于高精度焊接工作，對(duì)公差控制和焊接強(qiáng)度要較高的要求，將數(shù)控PLC技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中能夠在一定程度上提升焊接精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性。為此，本文通過介紹PLC技術(shù)和組態(tài)軟件，并將其應(yīng)用到機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中，實(shí)現(xiàn)以PLC為主控制程序的操作，通過介紹機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中應(yīng)用數(shù)據(jù)PLC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程，得出了數(shù)控PLC技術(shù)的參數(shù)穩(wěn)定性以控制結(jié)果驗(yàn)證，有效降低了焊接產(chǎn)品的廢品率。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);組態(tài)軟件;機(jī)械轉(zhuǎn)軸;焊接

中圖分類號(hào)：TG519.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）16-0198-02

0? 引言

數(shù)字控制技術(shù)在工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，但是它需要依托計(jì)算機(jī)編程理論才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，而一線操作人員又不具備這種編輯水平。PLC技術(shù)與組態(tài)軟件的出現(xiàn)，能夠從根本上解決企業(yè)應(yīng)用自動(dòng)化數(shù)控技術(shù)的問題。機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接是一種要求精度極高的加工過程，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)無法滿足機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接的高強(qiáng)度和高精度要求，而將PLC技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中成為了當(dāng)前重要的解決途徑。

1? PLC技術(shù)與組態(tài)軟件概述

PLC自動(dòng)控制在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，應(yīng)用PLC控制技術(shù)不僅具有減少配置時(shí)間的功能，還具有性能高、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，且在惡劣的環(huán)境中具有可靠的優(yōu)越性。PLC即可編程控制器，是一種在數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)下專門應(yīng)用于工業(yè)行業(yè)的電子控制裝置，通過可編程序的存儲(chǔ)器，對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備及其生產(chǎn)過程實(shí)行控制。應(yīng)用PLC技術(shù)的自動(dòng)成型系統(tǒng)，不僅可以滿足工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)快速性和開放性的要求，還能在很大程度上滿足用戶對(duì)可靠性和穩(wěn)定性的需求。利用此技術(shù)可以提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低投入成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。

組態(tài)軟件是專門用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和過程控制的軟件，它是一個(gè)能夠快速的幫助用戶建立屬于自己的開發(fā)環(huán)境或hmi的軟件工具。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶擺脫了手工或第三方編寫hmi應(yīng)用或購買專用的開放數(shù)據(jù)接口、工控系統(tǒng)的困境，可以通過組態(tài)軟件建立最符合自身發(fā)展需求的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著組態(tài)軟件的發(fā)展，靈活的組態(tài)方式、開發(fā)環(huán)境、實(shí)施控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫等為用戶提供了快速建立通用層次、自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的軟件工具，并能夠提供分布式數(shù)據(jù)管理的功能，支持常見的通信協(xié)議和各種工控設(shè)備。

數(shù)控PLC技術(shù)通過采用梯形圖語言的方式進(jìn)行控制，具有易操作、形象、直觀的特征。PLC組態(tài)軟件平臺(tái)可以為用戶提供多功能的組態(tài)功能，二者有效結(jié)合應(yīng)用于機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中，可以通過可編程邏輯控制實(shí)現(xiàn)精密焊接，且能保證機(jī)械轉(zhuǎn)軸加工的工作效率以及準(zhǔn)確性和連續(xù)性。

2? 機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中以PLC為主控制程序

數(shù)控PLC應(yīng)用到機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中后，可以使操作人員通過人機(jī)交互窗口來執(zhí)行程序，并在加工影像區(qū)輸入焊接的子程序。數(shù)據(jù)PLC組態(tài)軟件對(duì)于焊接程序的初始狀態(tài)可以在端口程序中進(jìn)行識(shí)別，并通過此軟件對(duì)各種電子元件開關(guān)和外部的繼電器開關(guān)實(shí)行控制功能，以此方式實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接的精準(zhǔn)控制[1]。為了滿足焊接程序的需求以及機(jī)械轉(zhuǎn)軸的功能價(jià)值，操作人員需要將在操作臺(tái)上放置需要加工的焊接零件，并將其固定牢固，然后通過PLC傳感器對(duì)焊接機(jī)械的操作路徑進(jìn)行控制，如果焊接的路徑超出預(yù)定范圍，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行;如果都在預(yù)定可控范圍內(nèi)，該程序就會(huì)自動(dòng)完成一系列的焊接過程。

數(shù)控PLC系統(tǒng)采用連接觸點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)虛擬控制的目標(biāo)，基于邏輯電路采用的是并聯(lián)電路，所以該程序可以無限循環(huán)使用，具有較強(qiáng)的復(fù)制功能。機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接應(yīng)用數(shù)控PLC技術(shù)具有數(shù)據(jù)處理、步進(jìn)控制、計(jì)數(shù)控制和定時(shí)控制等功能。因?yàn)闄C(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接具有較高的復(fù)雜特性，利用PLC控制系統(tǒng)所具有的定時(shí)功能，能夠幫助操作者進(jìn)行輸入和調(diào)取，同時(shí)便于對(duì)子加工程序進(jìn)行修改，對(duì)于擺脫人為監(jiān)控的操作弊端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的焊接操作具有巨大優(yōu)勢(shì)。對(duì)于應(yīng)用數(shù)控PLC技術(shù)的焊接系統(tǒng)來說，在其內(nèi)部裝有計(jì)數(shù)器，可以對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，時(shí)刻觀察其是否存在故障問題，保證它的正常運(yùn)行功能。對(duì)于機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接系統(tǒng)而言，在計(jì)數(shù)器的功能之上，還增加了自動(dòng)步進(jìn)功能，而PLC控制系統(tǒng)內(nèi)有專門控制步進(jìn)程序的系統(tǒng)，在執(zhí)行完一個(gè)程序命令之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)程序中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，也推動(dòng)了數(shù)控PLC技術(shù)的快速發(fā)展，使其具有更加強(qiáng)大的功能，在機(jī)制轉(zhuǎn)軸產(chǎn)品加工過程中，應(yīng)用數(shù)控PLC技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)制轉(zhuǎn)換、移位傳輸?shù)瘸绦虿僮?，加快焊接加工的工作速度，提升工作效率和工作質(zhì)量，使其整個(gè)操作流程更加便捷化和智能化。數(shù)控加工過程中很可能會(huì)出現(xiàn)一些特殊情況和突然情況導(dǎo)致工作無法正常開展，而應(yīng)用PLC技術(shù)后，在遇到突然停工的狀態(tài)下，能夠通過它的記憶功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)診斷，比使程序自動(dòng)恢復(fù)的正常狀態(tài)模式下。由于PLC程序的語言和邏輯程序可以根據(jù)需求進(jìn)行改動(dòng)和完善，因此焊接加工的操作人員可以應(yīng)用數(shù)控PLC的編程器對(duì)焊接系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而促進(jìn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接的穩(wěn)定性、可靠性和精準(zhǔn)性。

3? 機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中應(yīng)用數(shù)據(jù)PLC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程

3.1 參數(shù)設(shè)置簡述

在開展轉(zhuǎn)軸焊接工作之間，應(yīng)該對(duì)焊接零件進(jìn)行防銹、清洗和去油的處理，同時(shí)還要結(jié)合PLC的控制程序以及焊接性能，對(duì)參數(shù)調(diào)整以及性能分析工作做好安排。機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接加工過程中還要對(duì)碳遷移的過程、應(yīng)力以及金屬表面的焊接熱裂紋等進(jìn)行全面的考慮，使金屬焊縫的稀釋作用得到最大化的降低，而應(yīng)用PLC技術(shù)以后這些基本要求都可以得以實(shí)現(xiàn)[2]。數(shù)控PLC焊接子程序?qū)⒑附宇A(yù)熱的范圍控制在焊道兩側(cè)45mm以內(nèi)，而將機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接的表面溫度控制在210攝氏度以上，且采用數(shù)字預(yù)熱方式來控制預(yù)熱溫度，從而降低金屬應(yīng)力為機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接所造成的不良影響。為了不影響焊道的平整性，應(yīng)該在焊接前就先分析并控制焊絲的基本狀態(tài)，將其烘干溫度控制在350攝氏度，且要保證此溫度持續(xù)半個(gè)小時(shí)，當(dāng)焊絲直徑為2mm時(shí)，焊接電流不能太大，應(yīng)設(shè)置為50-60A。焊接時(shí)要選擇抗氧化性強(qiáng)的焊絲，焊接結(jié)束后還要使溫度保持2小時(shí)。本文所采用的數(shù)控PLC程序?yàn)閄DP-485軟件，其具有程序?qū)С鰧?dǎo)入機(jī)制以及離線編程功能，保證了操作的便捷性。且該軟件還能借助PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)編程數(shù)據(jù)的上傳和下載、設(shè)備的啟動(dòng)和停止以及程序的初始化設(shè)置，為操作人員的讀取和使用提供了便捷的方式。

3.2 機(jī)械轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)精密焊接的過程

PLC系統(tǒng)在選擇組態(tài)軟件的時(shí)候選擇了實(shí)用性和操作性較強(qiáng)的Touch Win編程工具，此工具具有模擬三維圖庫、三維立體模型編制功能以及多種語言的顯示功能。在編制系統(tǒng)程序的時(shí)候選用XDP-485軟件來完成整體設(shè)計(jì)，首先規(guī)劃機(jī)械轉(zhuǎn)軸的焊接流程，其次規(guī)劃每個(gè)環(huán)節(jié)的操作步驟。系統(tǒng)程序在啟用調(diào)取功能時(shí)，通過DP接口完成程序的寫入環(huán)節(jié)，同時(shí)完成數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出工作。機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接在應(yīng)用PLC組態(tài)軟件進(jìn)行調(diào)用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)CAE工程控制系統(tǒng)和CAD控制設(shè)計(jì)程序之間的自由轉(zhuǎn)換。只要確定中斷程序模塊和主控制程序模塊，PLC組態(tài)控制軟件就能在數(shù)據(jù)冗余的狀態(tài)下，增強(qiáng)焊接程序的穩(wěn)定性。操作人員按照事先對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)和要求開始對(duì)程序執(zhí)行操作。在應(yīng)用PLC組態(tài)軟件的時(shí)候系統(tǒng)具有自我保護(hù)功能，需要從登錄界面輸入用戶名和密碼才能登錄系統(tǒng)，否則無法進(jìn)入系統(tǒng)中，通過這種方式可以保證原先設(shè)定的程序不會(huì)被隨便更改，同時(shí)還能對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接的質(zhì)量起到保護(hù)作用。程序檢修、子程序調(diào)用和初始化是主控制程序的主要組成模塊，要對(duì)這些模塊的參數(shù)提前設(shè)定好，才能有效的應(yīng)用PLC技術(shù)。機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接的子程序包括設(shè)置機(jī)器人行進(jìn)路徑、調(diào)整焊接參數(shù)、調(diào)整工裝卡具位置等，屬于重要的應(yīng)用程序。在焊接過程中如果出現(xiàn)特殊情況，程序就會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行并發(fā)出警報(bào)[3]。如果主控制程序出現(xiàn)了問題，PLC系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)切換到中斷程序，同時(shí)出現(xiàn)問題的位置就會(huì)在人機(jī)交互界面中顯現(xiàn)出來，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫也會(huì)自動(dòng)記錄故障的類型，方便在后期的加工過程中進(jìn)行分析比較。

4? 數(shù)控PLC技術(shù)的參數(shù)穩(wěn)定性以控制結(jié)果驗(yàn)證

為了對(duì)數(shù)控PLC技術(shù)在機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接工作中的實(shí)際效果進(jìn)行驗(yàn)證，可以選定一家生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸產(chǎn)品的廠家進(jìn)行驗(yàn)證。以廠家A為例，目前該廠的機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接生產(chǎn)線一共有12條，在2018年8月開始應(yīng)用數(shù)控PLC技術(shù)，該廠的日生產(chǎn)量為4800臺(tái)。從這12條機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接生產(chǎn)線中選擇一條應(yīng)用了PLC技術(shù)的生產(chǎn)線作為研究對(duì)象，每半個(gè)小時(shí)記錄一下PLC系統(tǒng)控制下焊接電流的變化情況，連續(xù)觀察留個(gè)小時(shí)，其中工作電流越穩(wěn)定，說明產(chǎn)品的焊接質(zhì)量越好，穩(wěn)定性越強(qiáng)，具體的分析結(jié)果如圖1所示。

PLC控制系統(tǒng)下將電流控制在50A的輸出狀態(tài)能夠提高機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接的穩(wěn)定性能，同時(shí)還能降低焊接產(chǎn)品的廢品率。在機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中應(yīng)用PLC控制技術(shù)后可以有效控制焊接廢品的產(chǎn)生幾率，且廢品的等級(jí)也被控制在一到二級(jí)，具有可修復(fù)性，這在很大程度上減少了損失。而應(yīng)用傳統(tǒng)控制技術(shù)產(chǎn)生的焊接廢品數(shù)量明顯高于應(yīng)用PLC控制技術(shù)之后，由此可見，如果依然采用傳統(tǒng)控制技術(shù)將不利于該廠經(jīng)濟(jì)效益的提升，同時(shí)也為在機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中應(yīng)用PLC控制技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。

5? 結(jié)束語

綜上所述，PLC控制技術(shù)早已得到了工業(yè)領(lǐng)域的認(rèn)可和應(yīng)用，將PLC控制技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接生產(chǎn)中也具有實(shí)際的應(yīng)用效果，文章也通過實(shí)際論證證明了PLC控制技術(shù)的主控流程所發(fā)揮的重要功能，以及該技術(shù)在機(jī)械轉(zhuǎn)軸焊接中提升系統(tǒng)電壓和電流穩(wěn)定性，降低焊接廢品率的應(yīng)用效果。

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