DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統研究

王興剛中核建中核燃料元件有限公司，四川宜賓 644000

DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統研究

王興剛
中核建中核燃料元件有限公司，四川宜賓 644000

DZ-30n-A自動點焊機是我單位為滿足格架生產的需求與合作單位聯合研制的用于核燃料元件定位格架條帶彈簧的組裝點焊設備。本論文對該設備的電氣控制系統的組成，工作原理，電氣特點，設備的優缺點進行了研究，分析了電氣控制系統的核心部件：三菱PLC的邏輯工作流程，以及其與三菱GOT人機界面、運動控制模塊FX2N-10PG、伺服模塊MR-J2S的工作原理和使用方法。研究了其與SPATZ高頻逆變式焊接電源的電氣接口與連接。

自動點焊機；三菱PLC；GOT人機界面；運動控制模塊；SPATZ高頻逆變焊接；電源

隨著我公司產品的市場需求的逐年擴大，人力成本的不斷增加，以及對產品質量精益求精的追求，生產線現有的設備產能已不能滿足實際需求，迫切需要研制效率更高、性能穩定的新一代設備。DZ-30n-A自動點焊機和上一代DZ-30n自動點焊機相比，主要有以下電氣特點：1）電控系統硬件升級。新焊機采用日本三菱PLC、三菱伺服定位模塊、三菱GOT人機界面，產品的穩定性和各項電氣性能指標都優于第一代焊機；2）電氣控制的集成度有較大的提高，縮小了設備的體積和占地面積，美觀程度優于第一代；3）由于使用了三菱GOT1000系列的人機界面，使得可以顯示的信息量和可以操作的軟元件種類都要優于第一代的產品，使得人機界面可以設計得非常友好和便于操作；4）三菱FX2N系列定位模塊的使用使得焊機速度有了極大的提升，提高了生產效率。

1 DZ-30n-A自動點焊機的結構組成及工作原理概述

自動點焊機為臺式結構，主要由焊接電源、工作臺、氣動系統、二維滑臺、上下機頭、夾具和控制器等組成。該焊機在焊接過程中，由人工安放工件后，啟動焊機自動完成焊接過程。每次焊接循環完成一個條帶的焊接。

2 DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統組成及工作原理

2.1 DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統組成

DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統主要由三菱FX2N-80MR型PLC、FX2N-10PG脈 沖 輸 出 模 塊、MRJ2S-40A伺服驅動模塊、HC-KFS43伺服電機、GT1175-VNBA-C人機界面、SPATZ6000H逆變電源單元和SPATZ BG-02焊接編程單元，以及隔離變壓器、直流電源模塊等外圍元件組成。

2.2 DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統工作原理

DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統的核心是PLC，它接收來自外圍開關和GOT人機界面的開關信號和控制數據，并對它們進行運算。將運算的結果送到GOT人機界面和輸出模塊，實時顯示狀態信息和控制外圍開關量來控制各個氣閥的開閉以及焊接動作控制，達到控制機器動作的目的。

PLC對于X軸的位置控制是通過FX2N-10PG脈沖輸出模塊、MR-J2S-40A伺服驅動模塊、HC-KFS43伺服電機來實現的。PLC接收來自GOT人機界面的運動控制命令并進行運算，將運算結果傳遞給FX2N-10PG脈沖輸出模塊，MR-J2S-40A伺服驅動模塊接收來自FX2N-10PG脈沖輸出模塊的控制信息，進行運算放大來推動HCKFS43伺服電機，再由HC-KFS43伺服電機帶動X軸絲杠進行旋轉，再由工作臺上的絲杠螺母將絲杠的旋轉運動轉換為X軸的直線運動，從而達到控制X軸精確定位的目的。

DZ-30n-A半自動點焊機電氣控制系統工作原理框圖如圖1所示。

3 伺服定位系統在DZ-30n-A自動點焊機中的應用

3.1 自動點焊機伺服定位系統組成及工作原理

DZ-30n-A自動點焊機伺服定位系統是由三菱FX2N-80MR型PLC、FX2N-10PG脈沖輸出模塊、MR-J2S-40A伺服驅動模塊、HC-KFS43伺服電機組成的。

PLC將控制運動所需的零點地址、進給速率、原點數量、脈沖率、最大速度、偏置速度、加速時間、減速時間、目標地址等參數通過“TO”或者“DTO”指令送到FX2N-10PG脈沖輸出模塊的BFM（數據緩沖寄存器）中，并通過“FROM”或者“DFROM”指令讀取FX2N-10PG內BFM（數據緩沖寄存器）的實時信息。PLC的輸出觸點控制FX2N-10PG的啟動和中斷。FX2N-10PG根據PLC輸入的參數信息產生1Hz-1MHz的脈沖序列并輸出到MR-J2S-40A伺服驅動模塊，MR-J2S-40A伺服驅動模塊對脈沖序列進行運算放大驅動HC-KFS43伺服電機，伺服電機帶動X軸絲杠進行旋轉，再由工作臺上的絲杠螺母將絲杠的旋轉運動轉換為X軸的直線運動，從而達到控制X軸精確定位的目的。

3.2 MR-J2S伺服驅動模塊的使用分析

三菱MR-J2S伺服驅動模塊是在MR-J2伺服基礎上開發的具有更高性能的更多功能的伺服系統。控制模式有位置控制、速度控制、扭矩控制3種。還有位置/速度控制、速度/轉矩控制、轉矩/位置控制這些切換控制方式可供選擇，使用靈活。該模塊在DZ-30n-A自動點焊機中使用的是位置控制方式。三菱MR-J2S系列的伺服電機編碼器采用了分辨率為131072脈沖/轉的高分辨率的編碼器，所以能夠實現高精度的位置控制。它可以使用高達500kpps的高速脈沖串控制電機的速度和方向，故能夠實現較高的運動速度。

MR-J2S伺服驅動模塊在使用時必須根據需要正確地設置伺服參數，否則將不能正確運行。MR-J2S伺服驅動模塊的參數分為：基本參數（No.0-No.19）、擴展參數1（No.20-No.49）、擴展參數2（No.50-No.84）。其中No.3、No.4（電子齒輪）、No.21（指令脈沖串）設置時要與FX2N-10PG中的相關參數一致，否則設備將不能正常運行。

4 SPATZH6000高頻逆變電源在DZ-30n-A自動點焊機中的應用

德國進口的SPATZH6000高頻逆變電源的開關頻率高達20KHz，能夠實現對放電電流的精確控制。焊接電流最高能夠達到9 000A。可編程63套焊接規范，16個焊接脈沖/每個規范。選擇恒壓，恒流，恒功率控制。記錄最近10 000個焊接數據，用于質量保證。13個數字量輸入，8個數字量輸出。在SPATZ BG-02編程器上可以顯示焊接電流，電極電壓，電阻，功率，電極壓力，電極壓痕深度，觸發角等。用圖形表示最近100次焊接的測量值曲線。能記錄最近100次不良焊接的故障，具有清晰主題信息的故障分析。

5 對DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統的分析研究總結

DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統與DZ-30n自動點焊機相比，主要在以下3個方面有較大進步：1）工作效率有了較大提高；2）人機界面功能豐富，信息量大大增加，方便了操作者的使用和對各種參數進行調整，使用的靈活性大大增加；3）電氣控制的集成度有較大的提高，縮小了設備的體積和占地面積，美觀程度優于第一代。

DZ-30n-A自動點焊機電氣控制系統可以進行以下3個方面改進：1）可以增加X軸反向間隙補償功能，提高定位精度；2）在GOT中增加維修用的診斷界面；3）優化運動參數，提高工作效率。

［1］廖常初.FX系列PLC編程及應用［M］.北京：機械工業出版社，2006.

［2］陳蘇波，等.三菱PLC快速入門與實例提高［M］.北京：人民郵電出版社，2008.

［3］三菱電機.FX1SFX1NFX2N2NC系列編程手冊.

［4］三菱電機.MR-J2S-A技術資料集.

［5］三菱電機.GT Designer2版本2畫面設計手冊（對應GOT1000系列）.

［6］三菱電機.FX2N-10PG用戶手冊.

TP2

A

1674-6708（2016）168-0173-02

王興剛，中核建中核燃料元件有限公司。