基于PLC及觸摸屏的焊接平臺控制系統設計

摘 要：文章設計了一種焊接平臺自動控制系統，進而徹底克服了原有控制系統定位精度低、生產效率低的缺點。主要對控制系統的硬件結構和軟件控制程序進行了設計。實驗結果表明，該系統定位進度高，運行平穩，也可以靈活改變焊接尺寸，適應不同的焊接工件，使用范圍廣，焊接效率高，具有很好的自動化和柔性化。該系統已投入生產使用，性能穩定。

關鍵詞：焊接平臺；PLC；觸摸屏；控制系統

引言

隨著汽車制造技術的發展，汽車零部件的生產全過程也逐步走向專業化，標準化，焊接生產線的自動化，柔性化與智能化已成為必然趨勢[1]。當前PLC和觸摸屏技術的應用已成為構建自動化生產線的主要工具，采用該項技術的焊接系統已成為焊接自動化技術現代化的主要標志[2-3]。PLC具有通用性強，接線簡單，工作可靠等優點，已成為工業控制自動化系統的核心控制器；觸摸屏技術更是能夠加強人機交互，方便操作與監控，已成為大型自動化生產線必不可少的部分，因此，PLC和觸摸屏技術受到工廠和企業越來越多的重視。作為汽車零部件生產行業的汽車座椅支架焊接系統也應該緊跟時代的步伐，實現高度的自動化，能夠高效、穩定的生產，以滿足汽車行業的快速發展。據了解該焊接系統目前大部分處于人工化或半自動化狀態，PLC及觸摸屏的應用較少或應用功能較為單一，有待于進一步研究改造，向自動化、柔性化方向發展。在汽車座椅支架焊接系統中合理采用PLC、觸摸屏和伺服控制技術，能夠實現更加高效、穩定、大批量多模式的自動化生產。

本設計是針對廣西柳州某廠家一汽車座椅焊接系統的缺陷進行自動化改造與設計的。首先引入PLC作為本控制系統的核心控制器，其豐富的內部資源便于控制程序的編寫，更容易實現系統的自動化和柔性化。系統的執行電機采用定位準確的伺服電機，更有利于焊接工件的精確化與標準化。系統還設有便于操作的觸摸屏，能夠方便的實現系統的基本操作、報禁顯示及焊接工件類型的選擇。

1 自動焊接平臺結構設計

系統由主控制器PLC、觸摸屏、機械運動設備及其他輔助器件如電流檢查器、行程開關等構成。PLC與機械運動設備連接在一起，操作人員通過觸摸屏及外部按鈕控制整臺設備的運行，控制系統結構如圖1所示。

具體工作過程為：系統啟動，設定焊接工件的尺寸，然后進料、啟動焊槍、工作臺運行、焊接、等到所有接點焊接完成后自動出料。

2 主要硬件配置

本系統采用PLC作為控制核心，輸入信號主要有按鈕、原點接近開關和極限限位開關，電流檢測傳感器；輸出信號主要有伺服電機的脈沖控制信號和方向控制信號、指示燈、報警器、焊槍升降機構及開關繼電器，此外還有與觸摸屏的通信信號。由于需要進行定位控制，PLC需具備高速脈沖輸出口，且根據輸入輸出信號的數量、類型、控制要求，選用三菱PLC FX1S-30MT-001作為主控制器，該型號CPU采用晶體管輸出方式，具有16個數字量輸入點、14個數字量輸出點，集成三路高速脈沖輸出，頻率高達100KHz。

伺服電動機作為執行元件，與滾珠絲杠配合，通過控制脈沖個數實現定位。

3 自動焊接平臺控制系統軟件設計

本系統采用三菱PLC FX1S-30MT-001作為主控器，它具體積小、處理數度快、通信簡單及多種特殊功能等優點。本設計主要應用其高速計數功能對伺服電機編碼器發出的高速脈沖進行計數，進而實定位。通過實驗發現，通過絲桿螺距計算出脈沖數量直接定位，會因伺服驅動器的脈沖丟失現象導致定位不準確，因此，本設計在原有開環控制的基礎上設計了閉環控制系統，并在PLC中加入PID控制算法，使得控制誤差得到及時準確的修正，滿足了一些高進度焊接的場合。DDRVI指令是專用的高速脈沖定位指令，可以設置脈沖頻率、脈沖總數、脈沖方向和發出脈沖的出發點，它可以通過一個自己特有的寄存器記錄所發出的脈沖數和發出脈沖的方向，可以用于精確的定長控制。

4 觸摸屏監控畫面設計

觸摸屏是一種主要的人機對話裝置，它具有通用性較好，功能全面，與人的親和力極強等特點，在各種工業控制領域中應用廣泛。在底層控制系統設計完成的基礎上，為了能夠達到一機多用、人機交互的目地，本設計采用觸摸屏技術設計其上位機監控、操作畫面，實現人機交互。由于威綸通觸摸屏具有體積小、成本低、功能全面等優勢，本項目采用威綸通觸摸屏MT8050Ii進行組態設計，通過畫面的組態與編寫不同的程序實現手自動模式切換、不同尺寸焊接模式的切換、焊機工作狀態顯示、故障報警等功能。整個上位機監控系統主要包括主畫面和分畫面，分畫面包括手動操作畫面、產品尺寸選型畫面。在主畫面中可以顯示當前焊接平臺的手自動工作模式、焊接工件數量統計、報警等，也可以切換到其他分畫面進行操作，具體設計如圖2所示。

5 結束語

文章設計了一種基于PLC及觸摸屏的閉環焊接平臺柔性化控制系統，具體包括焊接平臺控制系統的控制原理、硬件設計和軟件設計。該系統經過實際生產驗證，運行性能良好、可靠性高。在進一步提高產品質量的前提下，還提高了生產效率，以及多用極大地節約了生產成本，為企業創造了更多的價值。

參考文獻

[1]楊艷，文超.汽車車橋的柔性自動化焊接控制系統研究[J].焊接技術，2014，43（10）：51-53.

[2]向平，張磊，鼓勵帥，等.基于PLC的自動焊接曲線平臺設計[J].機械設計，2014，52（6）：74-76.

[3]蔣無疾，金志剛，王娜.五角星自動焊接裝置的PLC控制[J].焊接技術，2013，42（2）：37-40.

作者簡介：姚江云（1987-），女，山西忻州人，講師，主要從事電氣自動控制系統研究與設計工作。