高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：針對(duì)高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)的使用需要，應(yīng)用PLC進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。分析了高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)工作原理，確定了系統(tǒng)控制方案，提出一種以PLC為控制核心，結(jié)合氣體保護(hù)焊、氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)焊接機(jī)構(gòu)等工藝為支撐的自動(dòng)焊接機(jī)設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟、硬件，給出端子分配，并設(shè)計(jì)出外部接線圖及程序。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試表明，各項(xiàng)功能達(dá)到

2、了設(shè)計(jì)要求。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高壓油管；焊接；PLC；自動(dòng)控制 </p><p><b>　　中圖分類號(hào)：TB </b></p><p><b>　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </b></p><p>　　文章編號(hào)：16723198（2015）19022201 </p><p

3、>　　高壓油管是高壓油路的重要組成部分，對(duì)耐壓性、抗疲勞強(qiáng)度，以及密封性都有較高的要求。高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)是通過(guò)設(shè)計(jì)合適的自動(dòng)焊接裝置、配套的焊接工裝，在合理的焊接參數(shù)下，由控制系統(tǒng)控制操縱臺(tái)，實(shí)現(xiàn)油管的自動(dòng)焊接。因此，控制系統(tǒng)的好壞對(duì)焊接品質(zhì)、焊接效率、縮短操縱臺(tái)的生產(chǎn)周期，保證焊接的穩(wěn)定性和一致性等方面起關(guān)鍵性作用。本文研究一種基于PLC的高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用立式環(huán)焊縫焊機(jī)結(jié)構(gòu)，以PLC為控制核心，實(shí)現(xiàn)焊接絲

4、和主機(jī)的自動(dòng)控制，通過(guò)機(jī)械手及固定模具，進(jìn)行工作的快速裝夾與焊接，采用CO2氣體保護(hù)焊接工藝、自動(dòng)控制焊接速度等，以達(dá)到自動(dòng)、精密、清潔、高效的焊接質(zhì)量要求。 </p><p>　　1 高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)工作原理 </p><p>　　高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)主要包括CO2氣體保護(hù)焊接設(shè)備、氣缸、自動(dòng)送焊接絲設(shè)備、旋轉(zhuǎn)焊接機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)及機(jī)架等，通過(guò)操作面板對(duì)焊機(jī)的電流、電壓的調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)自

5、動(dòng)焊接參數(shù)設(shè)定，氣缸部分控制機(jī)械手的伸縮以?shī)A緊工件，使其固定在模具中，從而滿足焊接零件之間的精確對(duì)接與焊接工藝要求。旋轉(zhuǎn)式焊接機(jī)構(gòu)為焊接機(jī)械的關(guān)鍵部件，有立式和臥式結(jié)構(gòu)之分，本設(shè)計(jì)采用立式結(jié)構(gòu)，其旋轉(zhuǎn)焊接機(jī)構(gòu)示意圖如圖1所示。 </p><p>　　圖1 高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)旋轉(zhuǎn)焊接機(jī)構(gòu)示意圖 </p><p>　　圖1中的旋轉(zhuǎn)焊接機(jī)構(gòu)由工作臺(tái)及與其相固聯(lián)的立柱與卡盤等部件，通過(guò)卡盤固定模具

6、，進(jìn)而因定焊接件，工作臺(tái)下端聯(lián)接直流電機(jī)以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，進(jìn)而帶動(dòng)焊槍繞卡盤中心旋轉(zhuǎn)，實(shí)施勻速焊接，氣缸用于控制進(jìn)退槍動(dòng)作。在主軸的轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)側(cè)裝有一接近開(kāi)關(guān)，可保自焊槍轉(zhuǎn)動(dòng)一圈后自動(dòng)停止。焊槍由CO2氣體保護(hù)焊接機(jī)引出。 </p><p>　　2 系統(tǒng)控制方案分析 </p><p>　　本系統(tǒng)主要控制項(xiàng)目有焊接機(jī)的電流、電壓控制、送絲速度控制、焊接速度控制即旋轉(zhuǎn)臺(tái)速度控制，工件夾緊氣缸控制和進(jìn)退槍

7、控制等，還需具有手動(dòng)與自動(dòng)控制兩種功能。 </p><p>　　焊接機(jī)電源、電壓的調(diào)整通過(guò)控制面板設(shè)定完成，操縱臺(tái)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)速度控制通過(guò)控制PWM直流調(diào)速電源的輸入量實(shí)現(xiàn)。該三項(xiàng)功能由于手動(dòng)十分困難設(shè)定，正常作業(yè)前，根據(jù)工件的情況進(jìn)行調(diào)整，正常作業(yè)時(shí)無(wú)需調(diào)整。PLC控制系統(tǒng)部分主要用于實(shí)現(xiàn)控制直流電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，氣缸伸、縮以控制進(jìn)、退槍，點(diǎn)焊控制，起停，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)功能等。 </p>

8、<p>　　3 基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　3.1 PLC電氣控制原理圖設(shè)計(jì) </p><p>　　由上述分析知，系統(tǒng)具有基于PLC的手動(dòng)與自動(dòng)控制性能。因此，通過(guò)PLC可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)焊接工作模式設(shè)置、控制系統(tǒng)的各種功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接機(jī)進(jìn)行上述的控制。結(jié)合集成部件中的設(shè)定電流電壓及電機(jī)速度，可以得出，本設(shè)計(jì)中至少需要10輸入點(diǎn)和7個(gè)輸出點(diǎn)，如果將所有信號(hào)均通過(guò)

9、PLC控制，這時(shí)不僅開(kāi)關(guān)IO的端子數(shù)有所增加，還需增加三個(gè)通道的模擬輸入輸出模塊，目前可采用最為適用的方法進(jìn)行端子分配與設(shè)計(jì)。 </p><p>　　結(jié)合現(xiàn)有情況，系統(tǒng)選用PLC的型號(hào)為：FX2N-32MR。PLC電源電壓為AC220V。信號(hào)輸入均為開(kāi)關(guān)量，采用內(nèi)部提供的DC24V電源。系統(tǒng)中的輸出端子直接控制繼電器線圈，選用繼電器線圈額定電壓為DC24V，且由外電源對(duì)輸出端供電。I/O的端子及地址分配表如表1所

10、示。 </p><p>　　在控制電路的設(shè)計(jì)中，根據(jù)端子分配表中對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，對(duì)于正常工作時(shí)不動(dòng)作的輸入信號(hào)，輸入端子盡量用常開(kāi)觸點(diǎn)接入，以實(shí)現(xiàn)編程時(shí)內(nèi)部觸點(diǎn)狀態(tài)與外部保持一致，且可以達(dá)到減小輸入端子通電時(shí)間的效果，本設(shè)計(jì)中，SB7分別指示手動(dòng)和自動(dòng)，使用拔鈕開(kāi)關(guān)或帶自鎖的按鈕開(kāi)關(guān)，由于焊接過(guò)程到 </p><p>　　達(dá)撻接處時(shí)，還需要焊槍運(yùn)行一適當(dāng)?shù)木嚯x，從而使接頭充分對(duì)接，這

11、就需要在旋轉(zhuǎn)支架到達(dá)傳感器時(shí)還需要有一定的延時(shí)，且這一延時(shí)時(shí)間隨加工工件的大小而異，需要便于調(diào)整，而使用PLC中的定時(shí)器不便調(diào)整，這里使用一個(gè)獨(dú)立的時(shí)間繼電器完成此項(xiàng)功能。為了避免正反轉(zhuǎn)，進(jìn)退槍同時(shí)動(dòng)作，除梯形圖互鎖外，還需要電氣互鎖，且體電路如圖2所示。 </p><p>　　圖2 PLC控制電路的電氣接線圖 </p><p>　　3.2 PLC程序設(shè)計(jì) </p><

12、p>　　本系統(tǒng)中，由PLC控制部分的主要功能有進(jìn)退槍、正反轉(zhuǎn)，且可點(diǎn)動(dòng)控制，點(diǎn)焊功能在點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上，增加焊機(jī)的控制；手動(dòng)控制為手點(diǎn)情況下：在點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上，增加焊機(jī)與電機(jī)的控制；自動(dòng)狀態(tài)下：如果在起動(dòng)工作過(guò)程中，只能由停止按鈕或急停按鈕使其停止，其他按鈕不起作用，可調(diào)速和調(diào)電流電壓如在停機(jī)狀態(tài)，可以對(duì)任何按鈕進(jìn)行操作。經(jīng)過(guò)上述分析，可應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法完成PLC梯形圖設(shè)計(jì)，并在脫機(jī)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試，合格后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。 </p&g

13、t;<p><b>　　4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 </b></p><p>　　在高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)安裝完成后，首先檢查自動(dòng)送絲機(jī)、氣缸、電動(dòng)機(jī)、面板、焊接旋轉(zhuǎn)支架等是否連接正確。具體調(diào)試步驟：（1）按下夾緊按鈕，觀察夾緊氣缸能否夾按照給定的速度進(jìn)行伸縮，夾緊機(jī)構(gòu)可否靈活調(diào)節(jié)，如將工件一起夾緊，觀察能否與卡盤上的模具中的接頭工件緊密配合；（2）按下電機(jī)啟動(dòng)按鈕，觀察電機(jī)能否帶動(dòng)齒輪進(jìn)行正傳

14、、反轉(zhuǎn)以及停止；（3）觀察能否通過(guò)PWM調(diào)速電源來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)速度；（4）按下面板中的進(jìn)槍按鈕，進(jìn)行焊接，觀察電流、電壓大小是否符合焊接的速度要求；（5）觀察自動(dòng)送絲機(jī)是否正常送絲且送絲速度正常；（6）在氣體保護(hù)焊設(shè)備下觀察焊接時(shí)是否存在焊絲飛濺的問(wèn)題；（7）按下急停按鈕，觀察能否斷電停止，焊接工件能否保持停電前的狀態(tài)；（8）焊接完成后觀察焊口是否平滑且無(wú)缺口。 </p><p>　　在確認(rèn)硬件安裝連接無(wú)誤后，檢查P

15、LC編程，嚴(yán)格按PLC端子分配表與接線原理圖裝接主電路與控制電路。應(yīng)用GX Developer8.34L-C三菱編程軟件，打開(kāi)工程，并在STOP狀態(tài)接通PLC電源，將梯形圖寫入PLC中，如果計(jì)算機(jī)與PLC保持連接狀態(tài)，此時(shí)將程序顯示窗口置監(jiān)控狀態(tài)。按照被控設(shè)備的動(dòng)作要求利用按鈕開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)試，修改程序直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 </p><p><b>　　5 結(jié)論 </b></p>&

16、lt;p>　　本文對(duì)基于PLC的高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，具體分析了高壓油管自動(dòng)焊接機(jī)的工作要求，確定了以高壓油管和接頭、氣體保護(hù)焊和自動(dòng)焊接機(jī)的設(shè)計(jì)方案，著重設(shè)計(jì)了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟、硬件，給出端子分配，并設(shè)計(jì)出外部接線圖及程序。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試表明，本文提出的設(shè)計(jì)方案可以滿足生產(chǎn)要求，并能提高生產(chǎn)效率，提高焊接質(zhì)量，并有一定的靈活性和適應(yīng)性。 </p><p><b>　

17、　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]畢宗岳.連續(xù)油管及其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展[J].焊管，2012，（09）：512. </p><p>　　[2]田恒，王海天，鄭亞楠.淺談自動(dòng)焊接在機(jī)械焊接中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2015，（04）：203. </p><p>　　[3]丁武釗.基于PLC的組合機(jī)床控制理論研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.