自動(dòng)焊接機(jī)FX1S3OMT,PLC在自動(dòng)焊接機(jī)中的應(yīng)用

自動(dòng)焊接機(jī)FX1S3OMT,PLC在自動(dòng)焊接機(jī)中的應(yīng)用 摘要：本文針對(duì)某金屬制品廠新開(kāi)發(fā)的多款異形花灑的焊接問(wèn)題，介紹了焊接系統(tǒng)主要設(shè)備的控制方法，分析了設(shè)備中各種運(yùn)動(dòng)、速度及位置的實(shí)現(xiàn)方法與編程技巧。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)焊接 PLC 步進(jìn)電機(jī) 旋轉(zhuǎn)編碼器 ：TP273 ：A ：1007-9416(xx)01-0052-02 某金屬制品廠為了適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)，滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需求，開(kāi)發(fā)出了多款形狀各異的花灑。該類(lèi)產(chǎn)品是用黃銅板沖壓后經(jīng)氬弧焊對(duì)焊而成。手工焊接效率低，且無(wú)法滿(mǎn)足工藝要求。而用焊接機(jī)器人或其它高級(jí)焊接設(shè)備，雖能滿(mǎn)足工藝要求，但設(shè)備投資太大，對(duì)操作工的要求也較高，使得產(chǎn)品缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。為此，采用了PLC控制的低成本自動(dòng)焊接機(jī)研制成功，使產(chǎn)品得以順利上市，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 1、焊接機(jī)的焊接工藝要求及主要運(yùn)動(dòng) 本設(shè)備在焊接工件時(shí)，需要滿(mǎn)足以下工藝要求： (1)焊接速度能調(diào)節(jié)； (2)焊槍與工件在任意位置的夾角盡可能保持不變； (3)焊針與焊縫的相對(duì)距離必須相同； (4)起弧及收弧時(shí)間可以調(diào)整。 本設(shè)備的主要機(jī)械運(yùn)動(dòng)如下： (1)采用工件轉(zhuǎn)動(dòng)而焊槍相對(duì)固定的方式； (2)采用機(jī)械仿形法使焊槍能隨工件的轉(zhuǎn)動(dòng)而上下移動(dòng)； (3)主軸電機(jī)采用了變頻調(diào)速，使工件能在一定的范圍內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)； (4)利用步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲桿根據(jù)工件角度的變化而驅(qū)動(dòng)焊槍作相應(yīng)動(dòng)作。 2、主要部件的選型 (1)可編程控制器 因需要將工件旋轉(zhuǎn)的角度通過(guò)PLC運(yùn)算處理后，輸出信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)，為此需要輸出高速脈沖等。故應(yīng)選擇晶體管輸出型的PLC。本設(shè)備采用了三菱FX1S-3OMT型的PLC。 (2)步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器 由于是通過(guò)了滾珠絲桿帶動(dòng)焊槍動(dòng)作，負(fù)載較輕，對(duì)力矩的要求不高，主要應(yīng)考慮電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。本設(shè)備使用了型號(hào)為PK245-2A的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為1.8度，電流為0.8A，靜力矩為0.3N.。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為XDL-15，電流為0.2-1.5A，可2-128細(xì)分。 (3)旋轉(zhuǎn)編碼器 選用工作電壓12至24VDC，每圈脈沖數(shù)為1800的光電式旋轉(zhuǎn)編碼器，型號(hào)為CB一1800HC。該型編碼器輸出A相、B相和Z相3組信號(hào)，其A、B兩相相位差為90度。 3、系統(tǒng)組成及其功能 本設(shè)備由工件驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括主軸及拖動(dòng)電機(jī)）、焊槍驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器及編碼器）及PLC控制部分構(gòu)成。 控制功能如下：主軸電機(jī)由變頻器控制，以拖動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)主軸的轉(zhuǎn)速及角位移進(jìn)行測(cè)量，得到的數(shù)據(jù)再經(jīng)PLC高速處理后，成為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 經(jīng)過(guò)回原點(diǎn)操作后，按啟動(dòng)按鈕SB1（X6）（I/O分配圖見(jiàn)圖1，以下同），主軸電機(jī)啟動(dòng)，工件旋轉(zhuǎn)。Y7接通T1G開(kāi)關(guān)至起弧結(jié)束時(shí)斷開(kāi)。步進(jìn)電機(jī)低速反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)焊槍接近相應(yīng)特征點(diǎn)后，以高速正轉(zhuǎn)通過(guò)特征點(diǎn)。經(jīng)過(guò)四次循環(huán)至360度時(shí)，Y7重新接通至收弧時(shí)間結(jié)束時(shí)斷開(kāi)，焊接過(guò)程結(jié)束。為方便操作者針對(duì)不同規(guī)格的產(chǎn)品調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，特設(shè)計(jì)了具有自學(xué)習(xí)功能的調(diào)試程序。即當(dāng)操作者需要對(duì)主軸轉(zhuǎn)速、起弧及收弧時(shí)間作調(diào)整時(shí)，只要將調(diào)試開(kāi)關(guān)SAO（X11）閉合一個(gè)焊接周期即可，此時(shí)，各運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)存入PLC中相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中，以作為自動(dòng)焊接時(shí)的運(yùn)行參數(shù)。 4、編程關(guān)鍵點(diǎn) (1)角度測(cè)量:將旋轉(zhuǎn)編碼器的、相脈沖信號(hào)接入PLC的XO、X1輸入端，通過(guò)高速計(jì)數(shù)器計(jì)錄脈沖個(gè)數(shù)，從而可以測(cè)得工件在任意位置的角度。 (2)各特征點(diǎn)的取得：利用FNC224(觸點(diǎn)比較指令)將各特征點(diǎn)的角度值與高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行比較，從而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的輔助繼電器。 (3)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器程序： 1)轉(zhuǎn)向：由圖一知，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的方向信號(hào)由PLC的輸出端Y2狀態(tài)確定，即Y2為ON時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，Y2為OFF時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 2)轉(zhuǎn)速：步進(jìn)電機(jī)在0度至40度時(shí)，以低速驅(qū)動(dòng)焊槍改變角度，而在40度至50度（即工件轉(zhuǎn)角時(shí)），則以一個(gè)較快的速度使焊槍在較短的時(shí)間內(nèi)改變一個(gè)較大的角度。本程序采用PLSY和PLSR分別輸出低頻和高頻脈沖信號(hào)，經(jīng)試驗(yàn)，低速時(shí)采用PLSY指令輸出，電機(jī)起停對(duì)機(jī)械造成的沖擊較小，不影響焊槍角度的改變。而高速時(shí)的沖擊不容忽視，所以采用PLSR指令，經(jīng)反復(fù)調(diào)試，設(shè)定一個(gè)合適的加、減速時(shí)間，使之平穩(wěn)起停。 3)主軸轉(zhuǎn)速的測(cè)定：由焊接工藝知，同一種工件在不同的環(huán)境下，要求的線(xiàn)速度及起、收弧時(shí)間不同，所以主軸轉(zhuǎn)速需作相應(yīng)調(diào)整，而改變主軸轉(zhuǎn)速的同時(shí)，也必須對(duì)焊槍改變角度的速度作相應(yīng)的調(diào)整，(即改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速)于是對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的檢測(cè)就成為必須。筆者采用SPD指令，通過(guò)PLC的X2端口檢測(cè)旋轉(zhuǎn)編碼器相信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)來(lái)獲得主軸轉(zhuǎn)速。 4)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率的確定：主軸轉(zhuǎn)速改變的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率也應(yīng)作相應(yīng)的改變。筆者采用MOV指令，將SPD所測(cè)得的轉(zhuǎn)速值送入寄存器，然后與常數(shù)（即機(jī)械傳動(dòng)裝置的固有關(guān)系）運(yùn)算（MUL、DIV等指令）得出高速和低速時(shí)的頻率。 5)起弧時(shí)間與收弧時(shí)間的確定：T1G信號(hào)開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，即Y7得電（見(jiàn)圖1）利用外接時(shí)間繼電器KT1、KT2 調(diào)節(jié)起、收弧時(shí)間（筆者認(rèn)為，若采用撥碼開(kāi)關(guān)等輸入設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入，則會(huì)占大量的輸入端子，不利于壓縮成本）。KT1、KT2的延時(shí)閉合觸點(diǎn)分別接PLC的輸入囗X15、X16，通過(guò)PLC的內(nèi)置定時(shí)器T11分別將起、收弧時(shí)間送入寄存器，以便控制步進(jìn)電機(jī)及主軸電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。 6)回原點(diǎn)程序：由焊接工藝知，焊接開(kāi)始時(shí)需在工件0度，而焊接結(jié)束時(shí)的角度為360度加收弧所需的角度值，焊槍位置也是如此。故每個(gè)工件焊接之前，需要執(zhí)行回原點(diǎn)操作。本程序中X4（SQ2）為焊槍原點(diǎn)位置。X3（SQ1）為主軸原點(diǎn)（即工件原點(diǎn)），為了節(jié)省輸入點(diǎn)及位置開(kāi)關(guān)，采用了一個(gè)光電開(kāi)關(guān)（X5）和指令，用較低頻率使步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確尋找焊槍原點(diǎn)。主軸原點(diǎn)是通過(guò)機(jī)械原點(diǎn)位置開(kāi)關(guān)X3與程序”原點(diǎn)”MO（即主軸0度時(shí)驅(qū)動(dòng)的輔助繼電器）控制變頻器以爬行狀態(tài)反轉(zhuǎn)尋找。 5、結(jié)語(yǔ) 實(shí)踐證明，用PLC、編碼器、步進(jìn)電機(jī)等工控元件制成的自動(dòng)焊接機(jī)，具有可靠性高、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，與市售的焊接機(jī)器人等數(shù)控焊接設(shè)備相比，更具有價(jià)格低廉、操作筒單、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，可節(jié)省投資，提高效率。 _ 1鐘肇新,范建東編著.可編程控制器原理及應(yīng)用.華南理工大學(xué)出版社,xx年. 2楊益強(qiáng),李長(zhǎng)虹,江明明合編.控制器件.中國(guó)水利水電出版社,xx年. 3周恩濤主