鋼軌氣壓焊參數控制

崔向明

摘要:火車運行速度的不斷提高,對鋼軌接頭焊接質量要求也越來越高,特別是在施工現場的焊接和焊后熱處理等。過去手工操作氣壓焊設備,憑施工人員經驗和眼力判定,工步不連貫,嚴重影響再結晶效果,降底焊接質量。針對上述問題,在現有小型氣壓焊設備基礎上進行改造,整套設備采用模塊化設計,推凸采用保壓方式,克服人為因素與環境溫度對焊接質量的影響,減少操作人員及勞動強度,保證焊接質量持續穩定。

關鍵詞:系統組成;參數設置;工作過程;應用軟件;歷史曲線和接口轉儲

1 系統基本組成

控制部分:人機介面型號選擇DOP-AE80THTD。配有2個串通訊接口UART和2個USB接口,其中COM2/RS458和可編程序控制器(PLC)相連;一個USB用于接U盤,作為整個畫面內容轉儲?？删幊绦蚩刂破魇窍到y的核心,由含數字量的CPU單元和模擬量擴展單元組成。數字量完成各個閥門位置檢測和限位及氣體流量微調等功能;模擬量A/D部分對氣體質量流量采樣、壓力采樣、頂鍛位移量的采樣等。D/A部分對氣體質量流控制閥門開度的控制,由兩個獨立的具有PID調節功能的閉環系統完成。系統壓力傳感器采用擴散硅型,三線制24V供電,輸出4-20mA的標準電流信號對應壓強0-60Mpa。

超高壓油泵與壓力焊接機部分:電動式超高壓截止閥門能使油路在高低壓力的條件下快速進行換向并有保持壓力功能等。壓機是在高壓油泵作用下能產生最大70噸力,能滿足鋼軌在焊接時頂鍛和推凸、保壓等工序所需要的力。并保證在焊接全部過程中兩段鋼軌中心在一條直線上,滿足機械強度要求。

加熱部分:由氣源、壓力表、控制器;氣體混合器;乙炔回火防止器,外燃型鋼軌加熱器;氣體過濾器及氣體快速接頭;冷卻水循環泵等組成。加熱器按照焊接工藝標準將鋼軌加熱到塑性狀態的溫度?？刂破鞅容^復雜:由PLC部分開關量、模擬單元、人機介面、兩個氣體質量控制器(D07-9E)組成。具有氣體通道清洗、關閉、閥控功能。

磁性標尺:由電阻式位移傳感器和5.25V基準電源構成,其測量精度達百分之一毫米。頂鍛量是由PLC程序自動檢測并運算出鋼軌位移量的相對差值,由人機介面直接顯示出來。鋼軌加熱時軸向膨漲,顯示出來的是負值,同時系統壓力有所上升,人機介面實時地動態地反映焊接過程各個參數的變化。

擺火機構:由直流可調速小型電動機和可變式曲柄連桿機構及滑動小臺車組成,帶有點動按鈕,能使加熱器火孔正對準兩鋼軌間焊縫,并保證點火時焊縫間無積碳污染。擺火電動機轉動速度由程序改變,擺火位移線速度按余弦規律變化,這樣能使得鋼軌受熱效果達到最佳化。

2 參數設置

人機介面中的焊接參數設置畫面運用了畫面開啟宏和畫面關閉宏功能及畫面周期宏功能Cycle。在校對PLC內部時鐘與人機介面時鐘時,要求同步,用GETSYSTEMTIME命令和資料搬移MOV命令,配合畫面上“系統時間日期按鈕”十分方便地將實時時間設置在PLC中,這樣PLC內時鐘與人機時鐘和當地時區時間三者統一。系統意外斷電后所設置的參數也不會丟失。

3工作過程

檢查氣體出口壓力是否在規定的范圍之內,在確認冷卻系統水管暢通的條件下,按動自動控箱操作面板上“啟動”按鈕之后,以下各個工步將按照所設置的參數自動地執行下去;直到焊接結束包括打印報告數據轉儲在內一次性完成,最后自動將機械復位,并為下次焊接作好準備。

按一下“啟動”按鈕后,PLC中系統控制區畫面編號寄存器(SNIR)將人機切換到“工作狀態一覽表”畫面。油泵起動油壓升到預頂壓強,將兩段待焊鋼軌對嚴對齊,自動地開啟兩個氣體流量控制器,點燃加熱器,擺火機構開始以每分鐘46次擺動。加熱器本身溫度上升使火孔縮小,為此在氣體流量的控制中應用了PID調節程序,使其加熱功率大,火焰穩定,熱力場分布合理,這方面手工操作方式的氣體控制箱是不能比擬的。磁性標尺的相對位置變化檢測到預頂鍛量達到設定值時,自動將系統壓力降到待頂壓力值,加熱器繼續加熱,待加熱時間到設定值后進入頂鍛工步,擺火速度每分鐘60次,磁性標尺檢測到頂鍛量等于設置的數值時,系統油壓上調的同時開始推凸操作,刀架前移趨動推凸刀除掉焊瘤部分。PLC通過壓力傳感器判別推凸狀態,如果推凸壓力在增大趨勢時突然變小說明推凸結束。整個焊接周期五分鐘左右時間。推凸結束后推凸閥自動切換到推凸退刀位置,使其退刀到位后,高壓油泵壓力自動調節到0 Mpa,爾后油泵電動機停止工作。PLC中系統控制區畫面編號寄存器(SNIR)將人機切換到“工作報告”畫面并啟動打印程序,將其打印輸出。畫面轉儲,自動控制箱面板上安裝榮達微型熱敏漢字打印機(RD-158-8+),PLC的RS485接口只用一根數椐線和打字機TTL電平標準的串行口聯接,實現即時打印輸出。

4應用軟件

PLC系統配置與梯形圖編程,人機介面用畫面編輯Screen Editor編程(Sersion 1.05.7),兩部分相互配合。

PLC程序采用模塊化方式,將控制程序根據功能分為不同邏輯塊即子程序,在主程序( OB1)中可以根據條件調用不同的邏輯塊,其特點是主程序簡單明了,調試方便,由于邏輯塊是有條件的調用,所以CPU利用率高,與人機介面通訊可靠。

人機編程

a.設定模組參數:系統控制區8個字長。通迅設置:①人機站號 0 ; ②PLC預置站號2 ; ③通迅端口RS-485 ; ④停止位1Bits ;⑤波特率 9600 ; ⑥奇偶校驗 Even。

b.用畫面Gycle宏完成PLC內時鐘與人機內時鐘同步,創建一個所謂系統畫面,并放置<系統時間日期>按鈕,其畫面開啟宏和畫面關閉宏指令巨集如下:

SETB (2@V490.0)//系統畫面開啟宏V490.0=1END

CLRB (2@V490.0)//系統畫面關閉宏490.0=0 END

在系統畫面上可以隨時地調整人機內時鐘(星期暫不用),配合PLC時鐘寫命令,完成時鐘同步。

$100=GETSYSTEMTIME

(2@V236)=$100//年(2@V238)=$101//月

(2@V240)=$102//日(2@V242)=$104//時

(2@V244)=$105//分(2@V246)=$106//秒

END

C.歷史趨勢曲線:系統壓力與標尺位移共用1號緩沖區,讀取PLC地址2@1000;數值單位4(字);取樣周期1000 ms ;取樣點111 ;觸發源 PLC ;記錄時間日期 Yes ;氧氣流量與乙炔流量共用2號緩沖區,讀取PLC地址2@1008;數值單位4(字);取樣周期1000 ms ;取樣點111 ;觸發源 PLC ;記錄時間日期 Yes ;

結論:經國內文獻檢索,“應用觸摸式液晶屏即人機介面,直接輸入焊接參數,顯示參數、歷史趨勢曲線,控制焊接,配有微型打印機,焊接完成后自動打印焊接摻數,通過人機介面USB接口數據轉存,均未見過文獻報道”。DOP-AE80THTD型人機介面,在野外冬季工作溫度可以達零度;夏季在陽光陰影下圖形和文本顯示清晰。

應用自動控制鋼軌氣壓焊接設備,一次性連續15個鋼軌焊接頭,進行破壞性落錘試驗格率為百分之百。在實際線路上經過一年多千余次焊接施工,合格率為百分之百,用戶反映良好。

參考文獻

[1]臺達DOPA系列人機界面應用----中直電通

[2]新榮達微型打字機使用說明書----沈陽新榮達電子公司

[3]鋼軌氣壓焊設備培訓教材---沈陽鐵路科研所焊接研究室