節能型自動焊接裝置的設計

林盛昌 黃西 張才鳴 黃源

摘要：該裝置通過太陽能電池板對光能的吸收以及風能的利用，將獲得的能量轉化為電能儲存在蓄電池中，從而為本套裝置供電；同時，也準備了220v的交流電作為備用。本裝置所實現的作用，是將體積、質量較小的鋰電池通過組合來代替普通電瓶車用的笨重的蓄電池。在這一系列的操作中由PLC進行控制，供能方面以太陽能和風能為主，谷電峰用為輔，再以市電為整套設備的的供能保障，完成整個系統的供能體系。

關鍵詞：節能；減排；自動化

1 背景及意義

隨著我國經濟快速增長，各項建設取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環境代價，經濟發展與資源環境的矛盾日趨尖銳，群眾對環境污染問題反應強烈。這種狀況與經濟結構不合理、增長方式粗放直接相關。不加快調整經濟結構、轉變增長方式，資源支撐不住，環境容納不下，社會承受不起，經濟發展難以為繼。節能減排出自于我國十一五規劃綱要，這是貫徹落實科學發展觀、構建社會主義和諧社會的重大舉措。是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇；是推進經濟結構調整，轉變增長方式的必由之路。只有堅持節約發展、清潔發展、安全發展，才能實現經濟又好又快發展。但改善能源消耗現狀，更需要從電工裝備到煤炭、石油、建筑等多個行業共同不懈的努力。此外，要保證能源效率和能源管理的不斷提升、進步，人才培養也至關重要。因此，節能降耗不能只停留在純粹的工業生產上，還要延伸至上游的人才培養，延伸到我國的高等教育中去，不斷提高有關能源效率和能源管理課程的教學水平，并使之更加貼近我國的市場需求。

2 設計方案

2.1 電氣控制

1）太陽能光板將太陽能轉化為電能儲存在蓄電池儲能模塊中，為整套工作系統供能。同時，防止供能不足的情況出現，當儲存的電能不足時，系統將自動切換至國家電網，保證系統能正常運行。整個執行系統由三個模塊組成：檢測模塊、排序模塊、焊接模塊。電池先通過檢測模塊排除次品，然后再根據焊接對的需要進行排序，最后進入到焊接模塊進行焊接。我們通過組態王觸摸屏進行監控與操作，如圖1所示。

2）本設備采用的是FX2N48MR的三菱PLC為核心控制器，利用傳感器模塊來采集信號。通過程序來控制電磁閥、繼電器、變頻器等模塊帶動執行模塊，完成操作。利用四組合一的A/D轉換模塊將采集來的電壓模擬信號轉換為數字信號顯示在觸摸屏上，儲能用的鉛蓄電池通過分壓模塊來降壓再傳送到AD轉換模塊上，轉換后傳輸到PLC中，判斷儲能模塊是否充滿，電量是否快要用完能否支持設備運轉。同時儲能模塊還將給設備供能，當PLC判斷發現無法供能時自動轉換為市電供能，確保整個系統不會因為電力的原因而無法工作，如圖2所示。

2.2 機械部分

單個電池放置到傳送帶一上，傳送帶一作業，運送電池，13個電池為一個批次，首先經過傳感器一，檢測電池是否符合標準（鋰電池標準值為3.7V、2000mAH）低于標準值為殘次品，將正負極信號發送至轉向部，然后傳感器二定位殘次品，將傳送帶一停止作業后，將殘次品通過氣動推桿推入次品集中地，接著傳送帶一繼續作業，傳感器三合計合格電池數量的同時檢測電池正負極，并將正負極信號發送給轉向部，轉向部收到信號，將電池調整為正負極相互交錯排列的狀態進入傳送帶二，傳送帶二側壁設置有焊槍，將此批次電池焊接在一起，循環此過程完成10個批次，即可組成一個電池組的焊接，如圖3所示。

圖3 機械結構圖

3 工作原理及性能分析

節能型焊接裝置主要由四部分組成。

1）用太陽能及風能轉化成電能，然后儲藏在鉛蓄電池中，整個過程主要以這種形式供電；其次，在有巨大輸出工作量的同時，可在谷電時對鉛蓄電池進行充電，在峰電時進行使用。如果供電不足時，我們也可以借用國家電網來供電，以備不時之需，保證整套系統的正常運轉。

2）通電后電動機轉動帶動傳送帶運動從而帶動電池的移動，在這一部分，有三個傳感器，一號傳感器是檢測是否有電池從左側過來，同時測電池的電壓是否合格，若電池電壓合格，電池繼續向前走；若電池電壓不合格，則會記錄這個次品電池，當二號傳感器檢測到時有推桿把它推出到固定集中裝置中，三號傳感器是要計數過來幾個電池，我們把 13個電池為一組進行焊接。

3）轉向器將電池根據需要調轉方向然后有序的放在收集裝置中形成一個有序的組合，這樣會更加方便焊接工作的完成。

4）電池的收集及焊接裝置，右側有擋板，它也是靠電機帶動傳送帶運動，電池過來運動到右邊后會被擋板擋住從而緊密的排列起來，等 13個合格電池都過來后我們再用焊槍組進行焊接，這些電池都焊接完成后，拉起擋板，讓電池組到電池的集裝裝置中。

4 觸摸屏控制監控界面及顯示程序

1）根據電氣控制原理，首先啟動按鈕啟動整個系統，在檢測模塊中測取每節電池電壓，判斷是否合格，廢品與成品的數量都需要顯示記載，以便后期計算成本與銷量。然后累加傳感器計數十三節電池的總電壓，當電池組焊接完成后再次測量電池組電壓并且顯示在觸摸屏上，同時還要測取儲能電池的電壓方便判斷電池的狀態以及是否能夠滿足設備運轉需求。觸摸屏操作界面如圖4所示。

2）根據系統運行要求，結合觸摸屏軟件，電壓顯示的局部程序如圖5所示。

5 創新點及應用

該裝置選用的是3.7v的可充電鋰電池，13節這樣的電池串聯就能達到和電瓶車蓄電池的工作要求相同的電壓。電池會在傳送帶上向前運行，首先對電池進行檢測，電池的電壓會在觸摸顯示屏上顯示，并進行判斷，看是否符合要求。符合要求的電池將會進入排序模塊按照統一的順序排列好進入焊接前的準備階段，而不符合要求的電池會在下一個檢測點被剔除。接下來就是焊接前的準備了，電池需要通過方向調換器改變部分電池的排列方向，接下來就是焊接了。關于電池的焊接，我們利用低壓大電流的原理結合點焊的方式進行操作。具體如下：

1）點焊與手工焊接相比，時間短，效率高。

2）點焊不使用螺栓，焊條等所以可以減輕重量，成本低。

3）使用點焊發熱都集中在某個局部，被焊接材料很少發生熱變形，焊接質量好。

4）勞動條件好，不放出有害氣體和強光。

5）PLC編程控制，擺脫人的生理限制，不必人工干預。

6）供能主要是以太陽能風能為主，除了硬件設備外成本幾乎為零。

7）整套系統將節能減排與自動化有機的結合起來，使得智能化、自動化生產成為可能。

自動焊接避免了很多人工焊接帶來的弊端。焊接成的電池會實現和電瓶車蓄電池一樣的功能，卻避免了普通蓄電池體積大、質量大的缺點，為電動車減輕了負重，在相同的配重下，大大提升了電瓶車的工作里程，提高的電瓶車的市場競爭力。

參考文獻：

[1]包建華.基于MCGS組態軟件的機械手控制系統[J].兵工自動化，2007（08）.

[2]林盛昌.機床電氣控制與PLC技術[M].北京：北京大學出版社，2013.08.

[3]謝浩.淺談太陽能在建筑中的利用[J].廣州環境科學，2010.

[4]林盛昌.網絡組態與實踐[M].西安：西安電子科技大學出版社，2014.

作者簡介：林盛昌（1976），男，講師。