淺析四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周金城+邵帥輝

摘 要：點(diǎn)焊機(jī)作為一種重要的工業(yè)用具，在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中占著舉足輕重的位置。點(diǎn)焊是一種重要的焊接工藝，具有生產(chǎn)效率高、成本低、節(jié)省材料和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)。如今，傳統(tǒng)的點(diǎn)焊機(jī)控制方式已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)的需求，本文對(duì)四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了保證四工位點(diǎn)焊機(jī)高效節(jié)能又能安全可靠的運(yùn)作，可采用可編程控制器PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)四工位點(diǎn)焊機(jī)系統(tǒng)的控制，來(lái)完成四工位點(diǎn)焊機(jī)在高地項(xiàng)目柔性自動(dòng)化生產(chǎn)流水線的物料裝配的控制。

關(guān)鍵詞：點(diǎn)焊機(jī)；PLC控制；控制系統(tǒng)；自動(dòng)化

一、文獻(xiàn)綜述

隨著科技的發(fā)展，為了減少勞動(dòng)力再生產(chǎn)線上的機(jī)械勞動(dòng)，尋找創(chuàng)新的道路開(kāi)發(fā)利用，節(jié)約不必要的人力支出和人員勞動(dòng)，開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化生產(chǎn)流水線。自動(dòng)化生產(chǎn)線是產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程所經(jīng)過(guò)的路線，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動(dòng)所構(gòu)成的路線，然而這些自動(dòng)化的操作大量的節(jié)約了成本。

在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從點(diǎn)焊機(jī)問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。點(diǎn)焊機(jī)可在不用人力的情況下焊接物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。本設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊機(jī)的手動(dòng)和自動(dòng)化的轉(zhuǎn)化，改變以往點(diǎn)焊機(jī)的單純手動(dòng)送料，減少了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)！而且四工位點(diǎn)焊機(jī)的設(shè)計(jì)是由于工作環(huán)境惡劣，不允許人員長(zhǎng)時(shí)間在旁邊工作的情況下孕育而成的。不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。

柔性生產(chǎn)線是把多臺(tái)可以調(diào)整的機(jī)床（多為專(zhuān)用機(jī)床）聯(lián)結(jié)起來(lái)，配以自動(dòng)運(yùn)送裝置組成的生產(chǎn)線。按照輸送系列產(chǎn)品大體可以分為：皮帶流水線、板鏈線、倍數(shù)鏈線、插件線、網(wǎng)帶線、懸掛線及滾筒流水線這七類(lèi)流水線。一般包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。流水線輸送能力大，運(yùn)距長(zhǎng)，還可在輸送過(guò)程中同時(shí)完成若干工藝操作，所以應(yīng)用十分廣泛。在當(dāng)今世界自動(dòng)化生產(chǎn)流水線相對(duì)比較普遍，當(dāng)然還有少部分落后國(guó)家還在運(yùn)用人力的流水線生產(chǎn)物料。運(yùn)用柔性自動(dòng)化的生產(chǎn)流水線是我國(guó)目前乃至全世界的發(fā)展目標(biāo)也是現(xiàn)在普遍的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。點(diǎn)焊機(jī)一般由控制器來(lái)控制時(shí)間、電流等參數(shù)，運(yùn)用點(diǎn)焊機(jī)并開(kāi)發(fā)出更多工位的點(diǎn)焊機(jī)在今后的工業(yè)生產(chǎn)中。

二、研究?jī)?nèi)容

1.四工位點(diǎn)焊機(jī)的基本工作原理。點(diǎn)焊機(jī)系采用雙面雙點(diǎn)過(guò)流焊接的原理，工作時(shí)兩個(gè)電極加壓工件使兩層金屬在兩電極的壓力下形成一定的接觸電阻，而焊接電流從一電極流經(jīng)另一電極時(shí)在兩接觸電阻點(diǎn)形成瞬間的熱熔接，且焊接電流瞬間從另一電極沿兩工件流至此電極形成回路，不傷及被焊工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

四工位點(diǎn)焊機(jī)的四個(gè)工作臺(tái)不動(dòng)，由一個(gè)點(diǎn)焊機(jī)控制。由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制X軸Y軸的運(yùn)行。

2.系統(tǒng)方案。此次研究的課題是來(lái)源于電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)高地建設(shè)項(xiàng)目中柔性自動(dòng)化生產(chǎn)流水線的物料裝配，所設(shè)計(jì)的是四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)。利用PLC來(lái)控制，用步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊機(jī)的運(yùn)行。

由于這次方案中涉及到不同方向的運(yùn)動(dòng)軌跡，需要通過(guò)設(shè)置脈寬來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度，可以把運(yùn)行速度定位單位速度，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間來(lái)控制電機(jī)在X軸Y軸的位移。

3.點(diǎn)焊機(jī)PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。點(diǎn)焊機(jī)的工作原理十分簡(jiǎn)單，采用S7—200對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，從而達(dá)到點(diǎn)焊機(jī)多點(diǎn)運(yùn)動(dòng)焊接的目的。通過(guò)S7—200PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制，可使點(diǎn)焊機(jī)的焊接觸頭運(yùn)動(dòng)到不同的工位。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)使運(yùn)動(dòng)方向沿。X軸Y軸的方向來(lái)進(jìn)行工作的。點(diǎn)焊機(jī)的控制系統(tǒng)中由PLC、傳感器、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、電磁閥、點(diǎn)焊槍等元器件組成。

點(diǎn)焊機(jī)啟動(dòng)—停止按鈕負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的停止和啟動(dòng)。傳感器主要負(fù)責(zé)檢測(cè)點(diǎn)焊機(jī)的位置。對(duì)于主要的輸出設(shè)備有以下幾方面：主要是點(diǎn)焊槍PLC控制點(diǎn)焊槍的位置及開(kāi)關(guān)狀態(tài)。對(duì)于點(diǎn)焊槍的位置控制由兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制。由于步進(jìn)電機(jī)需驅(qū)動(dòng)器。故PLC得輸出信號(hào)是直接輸入到驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于點(diǎn)焊槍的開(kāi)關(guān)狀態(tài)需要電磁閥來(lái)間接控制，所以PLC的另一部分輸出信號(hào)需要傳送給電磁閥。使電磁閥通電，來(lái)促使點(diǎn)焊槍工作。

4.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。四工位點(diǎn)焊機(jī)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)由各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器、位置信號(hào)等組成，實(shí)時(shí)反映點(diǎn)焊機(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)。輸出信號(hào)主要由各種電磁氣閥、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器及各種狀態(tài)指示燈等組成。根據(jù)控制要求列出輸入輸出信號(hào)。下面簡(jiǎn)單介紹各元器件在點(diǎn)焊機(jī)中的作用。

三、工作特色及其難點(diǎn)，擬采取的解決措施

1.工作特色及其難點(diǎn)。在此次的課題設(shè)計(jì)中，利用西門(mén)子s7 200系列的plc驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)焊機(jī)的控制。點(diǎn)焊機(jī)的工作原理是運(yùn)用X軸Y軸的運(yùn)行方向來(lái)實(shí)現(xiàn)。而目前我所遇到的難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)plc對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。而又如何利用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制機(jī)械臂X軸Y軸的運(yùn)行。

如何利用可編程控制器PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)四工位點(diǎn)焊機(jī)系統(tǒng)的控制，保證四工位點(diǎn)焊機(jī)高效節(jié)能又能安全可靠的運(yùn)作，來(lái)完成四工位點(diǎn)焊機(jī)在高地項(xiàng)目柔性自動(dòng)化生產(chǎn)流水線的物料裝配的控制。

2.擬采取的解決措施。看一些相關(guān)書(shū)籍，查找有關(guān)的資料，對(duì)照前人的成果和自己的計(jì)算，思考和分析其中的規(guī)律。并且歸納和總結(jié)，使得自己更好的掌握和理解相應(yīng)的知識(shí)。預(yù)期成果：通過(guò)查閱文獻(xiàn)和資料，了解多工位加工系統(tǒng)的工作流程，通過(guò)設(shè)計(jì)四工位點(diǎn)焊機(jī)的控制系統(tǒng)，達(dá)到預(yù)期的要求能夠正常運(yùn)行，可進(jìn)行模擬調(diào)試。可使點(diǎn)焊機(jī)在各個(gè)工位都能夠在所要求的時(shí)間內(nèi)正常的運(yùn)行工作。

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