臺達行列式功能在副車架焊接中的應用

李楊，藍偉銘

（柳州職業技術學院機電工程學院，廣西柳州545005）

臺達行列式功能在副車架焊接中的應用

李楊，藍偉銘

（柳州職業技術學院機電工程學院，廣西柳州545005）

目前的點焊專機設備在實現多點焊接過程中，焊點坐標及動作程序編程較為復雜繁瑣，本焊接系統采用臺達新型的HMC的行列式清單功能，該功能配合焊鉗焊點的定位、氣動夾具的動作可以很好的解決焊接過程中多焊點的順序控制。本文詳細介紹了行列式表格中的焊點坐標及氣動夾具動作的預設方法等，使系統PLC程序可根據該坐標自動順序完成各個焊點的連續焊接，實現焊接系統利用行列式清單與PLC配合實現對整個焊接系統的順序焊接控制。

副車架；焊接；行列式；HMC；臺達

當今的工業轉型升級是工業自動化技術蓬勃發展的好時機，在焊接自動化方向，隨著伺服與控制技術的飛速發展，一些功能完善，簡潔有效的焊接專機也隨之誕生，相比工業機器人來實現焊接的性價比而言要高很多，尤其在一些中小型汽車零部件加工企業，能夠滿足功能要求的焊接專機深受喜愛。目前的焊接專機在進行多點焊接時，隨著焊點的增多及對焊點增減的工藝變化，采用傳統PLC程序逐個進行焊點的控制比較繁瑣，每一個焊點坐標執行需要重復編程，如果焊點數量過多，隨之帶來的程序編程量巨大，且在修改校正焊點坐標時也非常繁瑣不便，在PLC編程時對焊點與氣動夾鉗的動作銜接尤為不便，且程序不夠靈活，所以需要一種即能快速完成焊點的焊接控制，又能在實際應用中隨時可以修改焊點坐標而不需要改變程序的實用技術手段。本系統設計在原有PLC功能基礎上，采用臺達HMC進行設計，利用該觸摸屏自帶PLC的功能，將其行列式進行有效利用，設計一套可以方便進行坐標控制的方案，為點焊的多點控制提供一種方便的控制方案。

1 系統焊接基本要求

本系統是為某型號微型車副車架進行點焊的焊接專機。由于需要在副車架兩邊同時進行焊接，所以配有兩把焊鉗，焊鉗位置移動通過臺達伺服系統進行控制。系統中共有1-6個伺服軸，8個工裝夾具氣缸，焊鉗氣缸2個。副車架兩排焊點一共有22個，需要對這些焊點進行逐一順序焊接。如圖1為副車架焊點示意圖。

圖1 副車架焊點示意圖

2 系統控制功能實現

中達電通（臺達）股份有限公司近幾年推出的HMC觸摸屏，自帶PLC功能，列表清單可以提供使用者多種狀態的顯示信息，但列表清單讓使用者更直觀性的監視及選擇所要選擇的項目。通過觸摸屏的行列式功能，可以設置伺服坐標位置參數，焊鉗氣缸動作按照行列式表格的順序進行，對于順序焊接的工藝過程來說，非常適用于此類專機。

本系統在控制過程中，根據副車架點焊工藝過程梳理控制流程，明確需要完成的功能，并根據流程來繪制系統的程序框圖，如圖2所示。實現在控制過程中對焊點位置定位、氣動夾鉗的動作等，在初始化過程中即將各軸的伺服參數寫入PLC及伺服系統，而該步驟都需要在行列式表格中進行設置，完成設置后，PLC即可按照該表格的順序實現對各個焊點的順序定位控制及焊鉗氣缸的動作，完成焊接過程。在進行行列式設計時，每一行即為一個步驟，行列式按照每一行作為一個步進行順序動作，實現逐個焊點的焊接。

圖2 焊接系統程序設計框圖

2.1 HMC行列式清單界面設計

HMC使用DOPSoft 1.01.10版本的觸摸屏編程軟件，軟件中的行列式清單功能可以滿足順序控制的需求，具體設置步驟如下：

打開編程軟件后，選擇菜單中的“元件”-“列表”-“行列式清單”，畫出需要的表格，如圖3所示。

圖3 行列式清單表格界面

在該行列式表格里可以設置每一步為一行，一行里面可以設置多個列來實現對不同伺服軸坐標設置，以及同時可以對各個焊鉗氣缸和工裝氣缸的選擇設置，在“模式”選擇菜單里可以選擇“伺服”、“氣缸”“停止”三種不同的模式，以對應當前步所要執行的動作，在圖4行列式清單各行示例圖中可看到設置方法。在每一步動作時判斷該步驟屬于哪一模式，根據模式對應選擇實現功能，例如選擇“伺服”模式，即將表格中的伺服軸坐標發送給PLC和伺服系統軸實現定位運動，如選擇“氣缸”模式，則選擇對應氣缸動作，PLC程序可以根據在行列式表格中的模式選擇不同，可以對應實現該步驟的動作，工藝流程按照步序順序執行，達到焊點焊接按照表格順序來完成焊接。

相對于傳統的點焊程序，利用行列式有如下優點：

（1）修改坐標能集中修改，用手搖輪可以實現多個軸的坐標定位，在線修改和存儲非常方便；

（2）行列式每一行除了能夠實現這一步的坐標的定位，也可以修改成氣動夾具和焊鉗氣缸的動作功能；

（3）每一步對應的每一行可以方便的編輯，包括插入行、刪除行、及翻頁等；

（4）PLC程序對應每一個步只需要編輯一段宏命令與偏移行命令即可，省卻了很多重復的坐標位置程序，效率提高60%以上。

2.2 行列式表格參數設置

雙擊表格進入后可以在圖4中對顯示項目數（行列數）進行選擇，并標注存放數據的起始地址，如D2000。同時設置項目地址偏移量為30，如D2000偏移后下一行為D2030，依此類推。數值單位為雙字，數值格式為Signed Decimal[1]。此步驟主要完成焊接時的每一個步驟按照對應的表格行的地址存放數據進行讀取，并由六臺伺服系統通過通信接收坐標后自動運行至需要定位的位置。

圖4 行列式清單一般設置圖

2.3 行列式表格翻頁設置

列表清單進階設置主要是設置一些按鈕來實現對行列式的修改工作，可以將換頁等觸發位進行定義，在觸摸屏界面的行列式表格旁邊可以設置此類按鈕，用于在進行行列式數據的查看和修改，進階設置如圖5所示。在圖3行列式清單表格界面的最下方可以設置此類的觸發按鈕對應功能使用。在行列式中可以做多個用于修改行列式數據的按鈕，例如“上一頁”、“下一頁”、“插入一行”、“刪除”、“粘貼”和“復制”等此類按鈕。這樣用于與上述選擇功能按鈕進行配合，實現示教功能。

圖5 行列式清單進階設置圖

2.4 行列式表格中各行參數定義設置

在本焊接系統中，根據工藝要求在圖2中設置了模式選擇列，具有伺服位置運動、氣缸動作狀態，停止共三類行列式控制選擇模式。

舉例：如圖6中的第1行為伺服位置運動參數設置，伺服運動坐標可以利用手搖輪進行現場校正定位，然后將坐標存入HMC表格對應的位置；第2行為氣缸動作狀態設置，氣缸設置為1或者0，1代表氣缸需要動作，0代表氣缸復位。當執行第1行的動作時，只執行伺服動作移動預先設定的坐標位置；當執行第2行的動作時，只執行氣缸動作用于焊鉗氣缸或者其他夾具氣缸的動作；當執行第3行的停止動作時，則關閉伺服和氣缸的動作，即停止狀態。如圖6所示。

圖6 行列式清單各行示例圖

在對行列式清單進行逐行修改參數的過程中，需要對行列式每行的功能進行定義后，才能知道該行是做哪一類的操作，即在行列式表格中，各個氣缸與伺服都是共用一個表格，一列兩用，例如第一列是第1軸伺服驅動，同時也可作為1號夾緊氣缸使用，在修改參數的過程中，需要先修改本行是作為什么功能使用的，是伺服坐標或是控制氣缸。通過下圖7中的“結束”選擇按鈕進行功能定義。在“結束”選擇按鈕的設置界面中可以對該按鈕進行由0～3的不同功能定義，如0默認為結束，1為氣缸，2為伺服。當行列式在設置時可以通過該選擇按鈕進行每行數據的功能進行定義[2]。

圖7 行列式多選擇按鈕設置

2.5 HMC行列式清單宏命令設計

利用宏編程可以有效分擔PLC控制器的工作量，以減輕其負擔，克服人機硬件與軟件先天設計上的限制，尤其對于本系統專機的輔助尤其明顯。在該宏參數中主要設置各個行列式表格的自動偏移量，可以在監控過程中可以實現逐行動作的順序監控顯示，同時配合程序實現動作。在編程界面的“畫面”-“畫面宏”界面中根據編程手冊宏編程語法規則，設置如圖8所示宏指令參數[3]。

圖8 宏指令參數設置

2.6 PLC控制程序設計

行列式清單設置完成后，需要在PLC程序中進行編程，用以對應觸摸屏行列式清單在選擇好每行動作后對應選擇PLC中的伺服自動位移或者氣缸自動動作等功能的程序。打開觸摸屏編程軟件中的PLC梯形圖編程界面編寫對應程序，如圖9所示。

圖9 對應行列式的PLC程序

判斷每行動作目標，如：根據圖6行列式清單各行示例圖中所示，當程序中的清單模式D2002與行列式中本行的控制模式進行比較，如果比較為2時執行第1步的行進行伺服自動動作，完成對應焊點伺服位置移動，然后可以通過“下一步”按鈕跳到下一行，接著執行第二行的焊鉗及夾具氣缸的自動動作，如果比較為1時執行自動氣缸動作程序。如果比較為0時執行結束程序，往后每一行動作均以此類

推[4]。

每步動作舉例：完成各項觸摸屏畫面和參數設置，以及PLC程序的編程后，即可以進入綜合調試示教階段。根據焊點位置到氣缸、再由氣缸到焊點位置的順序控制過程。而對于對行列式清單中伺服焊點位置的設置，則是通過手搖輪進行伺服位置的焊點示教，在線將每個伺服軸的焊點坐標值存入行列式中的伺服行，然后進行修改后保存。對進行氣缸控制的行，將需要進行動作的氣缸列寫入1，不需要動作的氣缸列寫入0.對所有的行均進行示教參數設置后，即可與PLC程序進行自動控制，完成各個焊點的自動順序焊接。

3 功能驗證

通過PLC程序與行列式清單的配合使用，大大提高了專機的效率，尤其是PLC與多臺多軸伺服通信后地址的互通更為方便。調試中只要在PLC中考慮工藝干涉問題即可，伺服每一步動作需要的位移定位都由行列式逐行進行控制，實現多軸同時動作，滿足了專機的實際功能需要，比起專門使用PLC進行編程實現六軸的控制來說，大大節省了工作量以及調試工作。定位過程利用手搖輪進行快速示教，配合行列式焊點的修改非常快捷。

經過現場跟線調試，應用半年來經過生產跟蹤，累計焊接副車架工件上萬件，焊點超20多萬個，系統能夠按照行列式的要求完成各個步驟的工藝焊接，達到設計要求。圖10為系統監控站界面，圖11為自動焊接設備現場圖。

圖10 系統監控站界面

圖11 自動焊接設備現場圖

4 結束語

HMC的行列式功能在副車架多點焊接系統中能夠很好的實現既定功能效果，各個行列式在調試過程中能方便地修改各個焊點的坐標位置，氣缸動作節拍合理，實際應用效果顯著，已經在企業投入生產加工，獲得很好的實際應用，值得在焊接專機設計中推廣。但行列式中無法實現不同焊鉗差時動作，目前每一步只能實現伺服位移或者氣缸動作，無法實現一臺焊鉗能走伺服，另一臺焊鉗可以同時氣缸動作進行焊接的情況，今后在這方面需要在技術方面進行改進。

[1]中達電通股份有限公司.Delta_DOPSoft軟件使用手冊[Z].上海：中達電通股份有限公司，2015.07.31：51-52.

[2]中達電通股份有限公司.Delta_DOPSoft軟件使用手冊[Z].上海:中達電通股份有限公司，2015：53-55.

[3]中達電通股份有限公司.Delta_DOPSoft軟件使用手冊[Z].上海:中達電通股份有限公司，2015：56-57. [4]中達電通股份有限公司.臺達DOP-B系列人機界面使用手

冊[Z].上海:中達電通股份有限公司,2010：221-224.

Abstrac：In the current spot welding equipment to achieve more in the process of welding，solder joint coordinates and action programming is very complicated，the welding system adopts a new HMC determinant list function，the action sequence control function with the positioning，holder solder joint pneumatic fixture can be well solved in the welding process of multi joint.This paper introduces in detail the solder joint coordinates and gas in the form of fixture determinant dynamic default method，make the system PLC program according to the coordinate automatic continuous welding sequence of each solder joint,welding system using determinant list and PLC with the realization of the control system of welding welding sequence.

The Application of Delta Function in Determinant Subframe in Welding

LI Yang，LAN Wei-ming
（Liuzhou Vocational and Technical College of Mechanical and Electrical Engineering，Liuzhou Guangxi 545005，China）

vice frame；welding；the determinant；HMC；delta

TP273

B < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0123-05

廣西教育廳高校中青年教師基礎能力提升項目（桂教科研[2016]3號），項目編號KY2016YB635（一般資助項目）

李楊（1984-），女，廣西柳州人，碩士，講師，研究方向：工業電氣自動化、機電一體化技術；藍偉銘（1982-），男，廣西忻城人，碩士，工程師，主要研究方向：工業電氣自動化、機電一體化技術。