PLC控制在雙環(huán)縫自動(dòng)焊接設(shè)備中的應(yīng)用

馬彥霞，王 燕，劉振亞

（1．中原工學(xué)院，鄭州450007；2．鄭州凱博焊割設(shè)備有限公司，鄭州450000）

PLC控制在雙環(huán)縫自動(dòng)焊接設(shè)備中的應(yīng)用

馬彥霞1，王 燕1，劉振亞2

（1．中原工學(xué)院，鄭州450007；2．鄭州凱博焊割設(shè)備有限公司，鄭州450000）

根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了一種利用PLC加伺服驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的雙外環(huán)縫焊接專機(jī)，介紹了該設(shè)備的硬件配置、工藝過(guò)程和軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程．該設(shè)備運(yùn)行效果良好，可以完全取代機(jī)器人焊接工作站，降低了成本．

PLC；焊接；控制

工程機(jī)械設(shè)備的零件要求焊接質(zhì)量好、效率高，大部分采用機(jī)器人弧焊工作站焊接．尤其對(duì)于要求雙外環(huán)縫同時(shí)焊接的工件，需采用2臺(tái)機(jī)器人同時(shí)工作．雖然采用機(jī)器人效率高、質(zhì)量好，并且可以大大降低人為因素導(dǎo)致的焊接質(zhì)量不穩(wěn)定［1－6］，但隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，采購(gòu)機(jī)器人工作站的成本增加．為了降低成本，我們開(kāi)發(fā)出了一臺(tái)由PLC加伺服驅(qū)動(dòng)的焊接專機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，可以完全取代機(jī)器人焊接工作站．

1 系統(tǒng)原理

根據(jù)雙環(huán)縫焊接的工藝要求，系統(tǒng)由機(jī)械部分和電氣部分配合控制．一般采用如圖1所示的焊接方式，工件卡具和壓緊裝置定位在工作臺(tái)上，可在交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)．以PLC和氣保焊機(jī)為主控單元，以電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)2把焊槍上下動(dòng)作；通過(guò)PLC程序編程，控制信號(hào)經(jīng)PLC來(lái)控制焊槍上下移動(dòng)，并自動(dòng)啟動(dòng)焊機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接．

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖1 焊接示意圖

電氣控制部分包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制2部分．手動(dòng)控制部分用于自動(dòng)焊接前工件位置、焊槍位置的調(diào)整以及設(shè)備的檢驗(yàn)；自動(dòng)控制部分分為單槍自動(dòng)控制和雙槍自動(dòng)控制，便于工件補(bǔ)焊．根據(jù)控制要求，設(shè)備選用三菱PLC［7］（FX2N－32MT）、三菱 GOT1000觸摸屏、日本松下伺服電機(jī)、北京斯達(dá)特步進(jìn)電機(jī)、三菱特殊控制模塊（10PG）、日本OTC氣保焊機(jī)等，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示．觸摸屏用來(lái)設(shè)定焊接參數(shù)和焊接工藝過(guò)程，伺服電機(jī)控制工件的定位及轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)控制焊槍的定位與高度補(bǔ)償，三菱特殊控制模塊用于擴(kuò)展三菱PLC的高速脈沖輸出口．

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)軟件部分包括人機(jī)界面的開(kāi)發(fā)和PLC程序編制．人機(jī)界面的結(jié)構(gòu)如圖3所示．

PLC程序編制采用模塊化編程，包括畫(huà)面處理、工藝參數(shù)的計(jì)算處理、焊接位置的計(jì)算處理、手動(dòng)工藝處理、自動(dòng)工藝處理以及故障處理等模塊，其程序如圖4所示．工人裝上工件后，選擇手動(dòng)控制來(lái)完成焊槍、工件起弧點(diǎn)的定位、執(zhí)行元件的檢測(cè)、參數(shù)的設(shè)定以及工藝的選擇，然后選擇自動(dòng)控制，按下啟動(dòng)按鈕，進(jìn)行自動(dòng)焊接．焊接過(guò)程如下：工件夾緊→工件到起弧點(diǎn)→焊槍落下→工件按設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)自動(dòng)引弧焊接→焊接圈數(shù)自動(dòng)計(jì)算、焊接速度自動(dòng)調(diào)整、焊槍高度自動(dòng)補(bǔ)償→自動(dòng)填弧坑收弧→停止焊接→焊槍上升、高度補(bǔ)償歸回零→夾緊松開(kāi)、卸下工件．

故障處理是PLC程序中的一個(gè)重要組成部分．2把焊槍同時(shí)焊接，極有可能發(fā)生一把焊槍出現(xiàn)故障的情況．處理此問(wèn)題采用的故障處理程序如圖5所示．處理過(guò)程如下：在焊接中，如果一把焊槍出現(xiàn)故障，為了保證正常焊槍的焊接順利進(jìn)行，手動(dòng)取消出現(xiàn)故障的焊槍，使之自動(dòng)回縮到原位；正常焊槍焊接完成后，再次啟動(dòng)焊接程序，選定已經(jīng)排除故障的焊槍，到上次焊槍出現(xiàn)故障時(shí)的焊接點(diǎn)后，手動(dòng)停止工件，伸出焊槍，然后起弧．本系統(tǒng)對(duì)故障次數(shù)沒(méi)有限制，在焊接過(guò)程中即使出現(xiàn)多次位置不固定的故障點(diǎn)，PLC都能記憶故障點(diǎn)并計(jì)算剩余的焊接長(zhǎng)度，從而保證焊接的順利完成．

4 結(jié) 語(yǔ)

該設(shè)備自動(dòng)化程度高，適用于不同系列產(chǎn)品的自動(dòng)焊接需求，并且從裝夾工件、雙端自動(dòng)焊接到工件翻轉(zhuǎn)、熄弧等一系列工序能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工件焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率．與機(jī)器人焊接工作站的焊接效果相比，該設(shè)備達(dá)到甚至超過(guò)了機(jī)器人焊接工作站的焊接質(zhì)量，大大地降低了采購(gòu)成本．

［1］劉政軍，劉宇飛，郝雪楓，等．PLC控制在汽車(chē)后橋殼設(shè)備中的應(yīng)用［J］．熱加工工藝，2007，36（7）：17－19．

［2］張永波，岳德梅，葛均收．基于PLC控制的自動(dòng)環(huán)縫焊機(jī)［J］．電焊機(jī)，2010，39（6）：54－57．

［3］杜隨更，陳強(qiáng)，朱文超．摩擦焊接過(guò)程PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)［J］．電焊機(jī)．2009，40（9）：53－56．

［4］張小云，陳關(guān)龍，張延松，等．伺服焊槍點(diǎn)焊PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．焊接學(xué)報(bào)，2006，27（7）：1－4．

［5］張文增，陳強(qiáng)，孫振國(guó)，等．機(jī)器人焊接幾何約束工作焊槍偏角的預(yù)規(guī)劃［J］．焊接學(xué)報(bào)，2004，25（1）：17－20．

［6］楊春利，林三寶，張九海，等．電弧焊基礎(chǔ)［M］．黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003．

［7］陳蘇波，楊俊輝，陳偉欣，等．三菱PLC快速入門(mén)與實(shí)例提高［M］．北京：人民郵電出版社，2008．

Application of PLC Control in Double－encircling Welding Equipment

MA Yan－xia1，WANG Yan1，LIU Zhen－ya2
（1．Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450007；2．Zhengzhou Caliburn Welding and Cutting Equipment CO．，LTD，Zhengzhou 450007，China）

A double－encircling welding equipment according to the technical requirements of the enterprise is designed by PLC and servo drive．And the hardware configuration，process engineering and software realization are introduced in the paper．The results show that the equipment can replace the old robot workstation and is well running，the costs are reduced，too．

PLC；welding；control

TG409；TG43

A

10．3969／j．issn．1671－6906．2011．02．019

1671－6906（2011）02－0071－03

2011－03－10

馬彥霞（1974－），女，河南鄭州人，講師．