自動焊錫機控制系統設計

徐　偉，季琪輝

（常熟理工學院電氣與自動化工程學院，江蘇常熟215500）

自動焊錫機控制系統設計

徐偉，季琪輝

摘要：在分析了全自動焊錫機系統的功能需求基礎上，提出了一套基于PLC技術的自動焊錫機控制系統設計方案.簡要論述了焊錫系統的硬件構成和選取原則.介紹了全自動焊錫機系統的軟件實現.實際應用表明：自動焊錫系統不僅能夠滿足焊錫的生產要求，而且具有生產效率高、穩定性強和維護簡單等特點.

關鍵詞：焊錫機；自動控制；PLC

自動焊錫機是指能將包含焊點定位、出錫、焊接和焊錫殘渣清理等多個工序的完整焊接過程一次性完成的焊錫裝置［1］.雖然焊錫機已經廣泛應用于電子工業生產領域，然而，隨著焊接工藝的更新、焊接材料的變化和焊接工作量的增加，傳統焊錫機的焊接可靠性、焊接質量和焊接效率已經無法滿足現代化焊接生產的需要［2］.因此，針對新一代自動焊錫機的功能需求，本文提出一套基于PLC控制技術，并結合光電傳感器等硬件構建自動焊錫機控制系統的方案，實現了焊錫過程完全自動化，提高了焊錫機的工作效率.

1　系統功能需求

在日常的工業生產中有很多元器件的固定與連接需要依靠錫焊工藝.焊接的質量、準確性將直接影響部件的功能，也是產品安全性、可靠性的決定因素之一.根據某企業自動化生產線上對產品的錫焊要求，兼顧焊接可靠性、質量和效率，該自動焊錫控制系統需要具備如下功能：

（1）能夠確保對焊點的精確定位，有效降低漏焊和錯焊率.

（2）焊錫系統加熱溫度、出錫速度和錫絲直徑等相關參數能夠根據實際情況進行調節.

（3）系統具備溫度報警和錫絲報警功能.

（4）焊錫系統需要具有良好的人機交互界面，能夠實時的對系統狀態進行監控，提示報警信息等功能.并且能夠在界面中實現對相關參數的設置.

2　系統總體設計

自動焊錫系統采用PLC作為整個系統的控制中心，通過對到位信號、溫度信號和安全光柵信號的采集與處理確保整個自動焊錫過程的安全與可靠.電缸控制器實現對夾具位置、運動速度等參數的精確控制，從而實現對焊點的準確定位.采用焊錫裝置可以實現系統加熱溫度、出錫速度的調節，同時實現高溫與缺錫絲報警.運用觸摸屏與PLC實現信息交互，達到實時顯示系統的生產狀態、提示系統報警信息并控制生產流程的目的.系統軟件由基于Windows的STEP7-Micro/WIN32編制，并結合Wincc組態軟件實現對整個自動焊錫過程的監控［3-5］.其總體結構如圖1所示.

（常熟理工學院電氣與自動化工程學院，江蘇常熟215500）

圖1　系統整體結構圖

3　系統硬件設計

3.1I/O點數統計

選取PLC時，一定要注意I/O點數統計這項指標.需要提前統計出被控對象的I/O點數，再根據統計的結果選取合適的PLC.一般情況下，一個輸入輸出元件需要占用一個輸入輸出端口.通常會在總點數的基礎上加上20%左右的備用量.

根據焊錫系統的控制要求，確定了PLC的輸入/輸出的地址分配表.根據I/O點數統計一共需要22個輸入點和15個輸出點，見表1.

3.2PLC的選取

本系統采用西門子S7-200系列PLC，S7-200是針對低性能需求的小型PLC，它的硬件配置很靈活，自帶了通信接口、內置電源以及I/O端口.一個S7-200CPU可以構成一個控制系統，如果要構成中等規模的控制系統，可以通過擴展電纜進行I/O模塊的擴展.它適用于各種控制系統，各種檢測、監測和控制等［6-7］.選用S7-200 CPU226，它集成了24個輸入點16個輸出點，共有40個數字量I/O.它可以擴展7個模塊，擴展至248點數字量或35點模擬量I/O，滿足本系統設計需求.

3.3到位信號檢測電路設計

到位信號檢測通過光電傳感器實現，它通過感受光強度的變化來改變電信號實現對現場的控制.在檢測到實物之后，信號導通傳輸給PLC控制器.本設計采用8路光電傳感器實現8種到位狀態檢測.光電傳感器與PLC的接線如圖2所示.

表1　PLC I/O分配表

4　系統軟件設計

4.1系統總體流程

本系統主要的生產流程如下：啟動系統，系統處于原位，放上待焊錫的生產元器件.在檢測到放置無誤之后按下控制啟動按鈕，電缸根據設置好的值將夾具送到位置C1.到達規定位置之后，出錫裝置出錫，焊頭氣缸將到伸出位S2進行第一次的焊錫工作，第一次焊錫完成之后，焊錫頭回到縮回位S1，夾具被送到設置好的位置C2，此時焊錫頭下來進行第二個焊接點的焊接，焊錫完成之后清理錫渣氣缸進行錫渣清理，在一個循環的焊錫工序之后，系統回歸原位狀態.如果途中出現錫料不足或者待焊錫的元器件未放置好，系統將會報警.重新上料或重置元器件既可消除報警.系統主要流程如圖3所示.

圖2　光電傳感器接線圖

圖3　系統工作流程

4.2PLC程序設計

4.2.1檢測產品到位程序設計

放置產品之后由檢測氣缸來檢測產品是否到位.如果在3 s之后，檢測氣缸伸出位：V12.1得電，表示產品沒有到位，那么Seq300的值將變為30并返回上一程序段.需要重新放置產品.若檢測氣缸檢測到產品放置到位：V12.7得電.此時Seq300的值將變為100.表示產品已經放置好.其PLC梯形圖如圖4所示.

圖4　檢測產品到位梯形圖

4.2.2裝置出錫程序設計

完成一個工件的焊錫工作，出錫裝置需要出錫4次.焊點1要出錫2次，焊點2出錫2次.在步進值Seq等于120時，焊點1進行第一次出錫.在間隔2 s之后，對焊點1進行第二次出錫焊錫.同樣，當Seq等于280，360的時候對焊點2分別出錫進行焊錫工作.其PLC梯形圖如圖5所示.

圖5　裝置出錫梯形圖

4.3Wincc組態設計

Wincc控制界面由主畫面和監控畫面、手動模式、報警畫面、原點畫面、參數設置、產品選型、I/O監控、返回啟動畫面等8個子控制界面組成.點擊每一個畫面按鈕，就會觸發對應的事件，進入到相應的組態界面.

由于系統調試的需要，設計一個手動控制模式的界面，可以單獨控制相應的控制位，也可以實時觀察到各個位的狀態.比如檢測氣缸位、焊頭上下氣缸位、清理錫渣氣缸位等.手動控制模式主要用于調試過程的手動調試.

5　系統調試

首先，將一個待焊錫的元件放置并固定在夾具上，啟動PLC使光電傳感器開始工作，檢測待焊錫元件放置無誤后，按下系統啟動按鈕.在安全光柵接收到操作人員的手離開危險區的信號后，夾具會把待焊錫的器件送到電缸設置好的位置1.出錫之后，焊錫頭會下降進行第一次的焊錫.在反復調試之后，最終確定焊錫的時間大約為5 s.通過參數設置界面可以進行焊錫時間的設置.間隔2 s之后，再重復一次，完成了焊點1的焊錫之后，焊頭回到原位.

然后夾具會走到電缸設置好的位置2，此時焊頭再次下降，出錫管再次出錫，進行對第二個待焊錫點的焊錫工作.清理錫渣氣缸會到伸出位，在焊頭下面收集途中所產生的錫渣，再由氣管吸走錫渣盒里面收集到的錫渣，清理工作現場.整個焊錫過程可由監控界面進行監控.

6　結論

本文在綜合運用PLC編程技術和Wincc組態技術的基礎上結合電缸，傳感器，焊錫組件等硬件設備完成了自動焊錫機控制系統的設計，實現了焊錫過程的完全自動化.實踐應用表明：該系統具有結構簡單、易于維護且實時性高等優點，能夠切實提高生產效率，具有一定的推廣價值和應用前景.

參考文獻：

［1］蘭曉靜.基于PLC控制器的焊錫機自動焊接的實現［J］.制造業自動化，2013（4）：132-135.

［2］唐斌，梁偉全.一種自動焊錫機的設計［J］.自動化應用，2014（7）：50-53.

［3］陳杰.基于組態與PLC實時控制系統的研究［D］.杭州：杭州電子科技大學，2009.

［4］許志軍.工業控制組態軟件及應用［M］.北京：機械工業出版社，2005：91-98.

［5］呂品. PLC和觸摸屏組合控制系統的應用［J］.內蒙古自動化儀表，2010（8）：2-4.

［6］楊長能，張興毅.可編程序控制器基礎及應用［M］.重慶：重慶大學出版社，1992：19-28.

［7］周曉平. S7-200PLC與監控計算機通信實現研究［J］.微計算機信息，2004（1）：3-5.

A Design of Automatic Soldering Machine Control System

XU Wei, JI Qihui
（School of Electrical and Automation Engineering, Changshu Institute of Technology, Changshu 215500, China）

Abstract：Based on the analysis of the function requirements of automatic soldering machine system, a design of automatic soldering machine system based on PLC technology was introduced. The hardware structure and selection principle of the soldering system were briefly discussed. The software realization of the system was introduced in detail. Finally, the practical application showed that the automatic soldering system could not only meet the requirements of the solder, but it also had the advantages of high production efficiency, strong stability, and simple maintenance, etc.

Key words：soldering machine；automatic control；PLC

中圖分類號：TP23

文獻標識碼：A

文章編號：1008-2794（2016）02-0056-04

收稿日期：2015-08-31

通信作者：徐偉，實驗師，工學碩士，研究方向：計算機先進控制技術，E-mail：xu_wei985@163.com.