PLC控制在雙環(huán)縫自動焊接設(shè)備中的應(yīng)用

馬彥霞，王 燕，劉振亞

（1．中原工學(xué)院，鄭州450007；2．鄭州凱博焊割設(shè)備有限公司，鄭州450000）

PLC控制在雙環(huán)縫自動焊接設(shè)備中的應(yīng)用

馬彥霞1，王 燕1，劉振亞2

（1．中原工學(xué)院，鄭州450007；2．鄭州凱博焊割設(shè)備有限公司，鄭州450000）

根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)要求，設(shè)計了一種利用PLC加伺服驅(qū)動實現(xiàn)的雙外環(huán)縫焊接專機，介紹了該設(shè)備的硬件配置、工藝過程和軟件實現(xiàn)過程．該設(shè)備運行效果良好，可以完全取代機器人焊接工作站，降低了成本．

PLC；焊接；控制

工程機械設(shè)備的零件要求焊接質(zhì)量好、效率高，大部分采用機器人弧焊工作站焊接．尤其對于要求雙外環(huán)縫同時焊接的工件，需采用2臺機器人同時工作．雖然采用機器人效率高、質(zhì)量好，并且可以大大降低人為因素導(dǎo)致的焊接質(zhì)量不穩(wěn)定［1－6］，但隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，采購機器人工作站的成本增加．為了降低成本，我們開發(fā)出了一臺由PLC加伺服驅(qū)動的焊接專機，在實際應(yīng)用中取得了良好的效果，可以完全取代機器人焊接工作站．

1 系統(tǒng)原理

根據(jù)雙環(huán)縫焊接的工藝要求，系統(tǒng)由機械部分和電氣部分配合控制．一般采用如圖1所示的焊接方式，工件卡具和壓緊裝置定位在工作臺上，可在交流伺服電機驅(qū)動下轉(zhuǎn)動．以PLC和氣保焊機為主控單元，以電磁閥驅(qū)動氣缸帶動2把焊槍上下動作；通過PLC程序編程，控制信號經(jīng)PLC來控制焊槍上下移動，并自動啟動焊機，實現(xiàn)自動焊接．

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

圖1 焊接示意圖

電氣控制部分包括手動控制和自動控制2部分．手動控制部分用于自動焊接前工件位置、焊槍位置的調(diào)整以及設(shè)備的檢驗；自動控制部分分為單槍自動控制和雙槍自動控制，便于工件補焊．根據(jù)控制要求，設(shè)備選用三菱PLC［7］（FX2N－32MT）、三菱 GOT1000觸摸屏、日本松下伺服電機、北京斯達特步進電機、三菱特殊控制模塊（10PG）、日本OTC氣保焊機等，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示．觸摸屏用來設(shè)定焊接參數(shù)和焊接工藝過程，伺服電機控制工件的定位及轉(zhuǎn)動，步進電機控制焊槍的定位與高度補償，三菱特殊控制模塊用于擴展三菱PLC的高速脈沖輸出口．

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

該控制系統(tǒng)軟件部分包括人機界面的開發(fā)和PLC程序編制．人機界面的結(jié)構(gòu)如圖3所示．

PLC程序編制采用模塊化編程，包括畫面處理、工藝參數(shù)的計算處理、焊接位置的計算處理、手動工藝處理、自動工藝處理以及故障處理等模塊，其程序如圖4所示．工人裝上工件后，選擇手動控制來完成焊槍、工件起弧點的定位、執(zhí)行元件的檢測、參數(shù)的設(shè)定以及工藝的選擇，然后選擇自動控制，按下啟動按鈕，進行自動焊接．焊接過程如下：工件夾緊→工件到起弧點→焊槍落下→工件按設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時自動引弧焊接→焊接圈數(shù)自動計算、焊接速度自動調(diào)整、焊槍高度自動補償→自動填弧坑收弧→停止焊接→焊槍上升、高度補償歸回零→夾緊松開、卸下工件．

故障處理是PLC程序中的一個重要組成部分．2把焊槍同時焊接，極有可能發(fā)生一把焊槍出現(xiàn)故障的情況．處理此問題采用的故障處理程序如圖5所示．處理過程如下：在焊接中，如果一把焊槍出現(xiàn)故障，為了保證正常焊槍的焊接順利進行，手動取消出現(xiàn)故障的焊槍，使之自動回縮到原位；正常焊槍焊接完成后，再次啟動焊接程序，選定已經(jīng)排除故障的焊槍，到上次焊槍出現(xiàn)故障時的焊接點后，手動停止工件，伸出焊槍，然后起弧．本系統(tǒng)對故障次數(shù)沒有限制，在焊接過程中即使出現(xiàn)多次位置不固定的故障點，PLC都能記憶故障點并計算剩余的焊接長度，從而保證焊接的順利完成．

4 結(jié) 語

該設(shè)備自動化程度高，適用于不同系列產(chǎn)品的自動焊接需求，并且從裝夾工件、雙端自動焊接到工件翻轉(zhuǎn)、熄弧等一系列工序能自動實現(xiàn)，降低了工人的勞動強度，提高了工件焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率．與機器人焊接工作站的焊接效果相比，該設(shè)備達到甚至超過了機器人焊接工作站的焊接質(zhì)量，大大地降低了采購成本．

［1］劉政軍，劉宇飛，郝雪楓，等．PLC控制在汽車后橋殼設(shè)備中的應(yīng)用［J］．熱加工工藝，2007，36（7）：17－19．

［2］張永波，岳德梅，葛均收．基于PLC控制的自動環(huán)縫焊機［J］．電焊機，2010，39（6）：54－57．

［3］杜隨更，陳強，朱文超．摩擦焊接過程PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)［J］．電焊機．2009，40（9）：53－56．

［4］張小云，陳關(guān)龍，張延松，等．伺服焊槍點焊PLC控制系統(tǒng)設(shè)計［J］．焊接學(xué)報，2006，27（7）：1－4．

［5］張文增，陳強，孫振國，等．機器人焊接幾何約束工作焊槍偏角的預(yù)規(guī)劃［J］．焊接學(xué)報，2004，25（1）：17－20．

［6］楊春利，林三寶，張九海，等．電弧焊基礎(chǔ)［M］．黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003．

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

Application of PLC Control in Double－encircling Welding Equipment

MA Yan－xia1，WANG Yan1，LIU Zhen－ya2
（1．Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450007；2．Zhengzhou Caliburn Welding and Cutting Equipment CO．，LTD，Zhengzhou 450007，China）

A double－encircling welding equipment according to the technical requirements of the enterprise is designed by PLC and servo drive．And the hardware configuration，process engineering and software realization are introduced in the paper．The results show that the equipment can replace the old robot workstation and is well running，the costs are reduced，too．

PLC；welding；control

TG409；TG43

A

10．3969／j．issn．1671－6906．2011．02．019

1671－6906（2011）02－0071－03

2011－03－10

馬彥霞（1974－），女，河南鄭州人，講師．