PLC在自動焊接設備中的應用

陳德領

摘 要：通過PLC和變頻器等來實現點焊機自動控制，提高產品質量和加工效率，以保證設備運行的可靠性。

關鍵詞：焊接；PLC；自動化

焊接作為工業“裁縫”，是工業生產中非常重要的加工手段，正常在汽車制造、建筑等行業中所涉及的焊接操作，其焊縫質量需要那些經過優質培訓的焊工操作才能保證，一般人難以達到，同時由于焊接煙塵、弧光、金屬飛濺的存在，焊接的工作環境又非常惡劣，導致自動化焊接的需求越來越多。自動化焊接設備的意義主要由以下幾個方面。

（1）穩定和提高焊接質量，保證其均一性。焊接參數如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長度對焊接結果起決定作用。采用自動化焊接時對于每條焊縫的焊接參數是恒定的，焊縫質量受人的因素影響較小，降低了對工人操作技術的要求，因此焊接質量是穩定的。

（2）改善工人的勞動條件，提高勞動者的生產效率。采用自動化焊接，工人只需要用來裝卸工件并且遠離焊接弧光、煙霧、飛濺等危害。另外隨著高速高效焊接技術的應用，使用機器人式的焊接，效率提高的更加明顯。

（3）產品周期明確，容易控制產品質量。自動化的生產節拍是固定的，因此安排生產計劃也非常明確。

1 自動化焊接設備

1.1 焊接的工作原理

焊接利用正負兩極在瞬時短路時產生的高溫電弧來熔化焊條，從而達到與被焊物體結合的目的。現設計焊接自動化工作臺，主要完成3600旋轉動作，自動化焊接過程滿足焊接工藝要求。項目研發的系統將從焊點分布、焊接順序、時間、電流、 溫度、受力和平面度等方面保障基體質量 ，使焊接部分與非焊接部分硬度均勻一致，解決焊后變形問題，并提高生產效率，降低次品率，從而提高生產的經濟效益，也使得整個技術和管理的自動化水平的提高。

1.2 焊接設備的組成部分

現設計該自動化焊接設備的機械結構如圖1所示。

該自動焊接設備主要由自動焊機、氣源裝置、焊槍伸出機構、工件旋轉與壓緊機構、電氣控制柜、門裝置、設備支架等幾個部分組成。

1.3 自動化焊接設備的機械結構

該自動化設備主要用于焊接碳鋼、不銹鋼圓筒形工件，用兩組法

蘭夾具夾住兩件被焊工件，將兩組工件的兩條環縫同時對接焊接，以達到整體工藝效果要求。

2 設計方案

2.1 動作控制分析

在設備中，工作臺旋轉3600是由電機正轉/反轉的控制應用，是在電機的接線電路中，利用變頻器進行控制，當變頻器的輸出為正轉時，電機從而正轉；當變頻器輸出為反轉時，電機從而反轉。從而實現電機的正轉以及反轉的控制。

自動焊接設備在正常工作時采用自動操作方式，一個周期內焊接一個工件，完成作業。當工人在安裝調試或設備出現故障停止運行時，可以采用手動方式操作，從而方便了檢查故障的原因。自動焊接運行方框圖如圖2所示。

2.2 電氣系統的硬件設計

（1）主電路設計

工件焊接時，工件的旋轉是靠電動機帶動的，旋轉時需要無級調速，無級調速可選用變頻器來實現。

根據設備需求選用容量為7.5KW的電動機，再根據電動機的容量選用變頻器，前提考慮電動機三個方面的參數：

①電機的額定電流 ②電機的功率 ③電機的極數

最終可以決定選用三菱FR-E740-7.5KW變頻器，該變頻器的優點在于結構簡單，調節容易，可用于通用鼠籠型異步電機。

（2）PLC機型的選擇

控制根據被控對象對PLC控制系統的功能要求，根據設備的要求使用了9個不同的按鈕及使用信號輸入點12個，所以要用到的輸入數量預計有20個；使用了1臺三相交流電動機，5個電磁換向閥，其輸出數量預計需要有10個，以及各種指示燈和安全系數上的硬件，再預計需要10個輸出點。在選擇機型時還要考慮以后設備的調整和擴充，在實際統計I/O點數基礎上，所以預留10%～20%的數量，可以選定三菱FX3U-64MR型號的PLC。

2.3 電氣系統的軟件設計

（1）系統自動狀態流程圖

在自動運行過程中，有異常報警發生時，必須要按下復位按鈕來排除故障，直至報警蜂鳴器停止報警聲響，報警紅色指示燈滅，運行綠色指示燈亮，方可運行，否則，設備會一直處于有故障狀態中。

（2）梯形圖

三菱FX3U-64MR與變頻器通訊程序（略）。

3 結束語

實際應用結果表明，自動焊接系統在實際生產中的運用，可以較好的解決焊接困難、生產節拍低下、勞動強度高等實際生產問題，在局部采用自動焊接系統代替機器人焊接，價格低廉，受到了很好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

（1）周虹. 氣動與PLC技術相結合在機械手設計中的應用.液壓與氣動.2004.3

（2）袁艷敏.PLC在機械手自動控制系統中的應用.西安航空技術高等專科學校學報.2004.9

（3）范國偉. 電氣控制與PLC應用技術.機械工業出版社.2013.2