等離子熔覆截齒設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊繼明

（重慶機(jī)電智能制造有限公司，重慶 401121）

采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)是煤礦主要采掘設(shè)備，截齒是采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)的重要部件，截齒由硬質(zhì)合金刀頭、齒頭和齒柄三部分組成，研究表明，截齒的主要失效形式有：磨損、崩刃及碎裂、合金斷裂，硬質(zhì)合金頭破損、脫落占截齒失效的35%～45%，實(shí)施刀頭的釬焊工藝使刀頭附近金屬軟化，喪失對(duì)硬質(zhì)合金刀頭的保護(hù)，導(dǎo)致刀頭過早脫落、失效，截齒與巖石界面的摩擦，造成截齒局部的瞬間快速溫升，造成截齒頂部材質(zhì)軟化，大大加速截齒的磨損速率，而截齒的磨損很大程度決定了采煤工作效率。

1 等離子熔覆截齒設(shè)備組成

等離子熔覆截齒設(shè)備由機(jī)械部分、焊接部分、電氣控制部分組成。機(jī)械部分主要由龍門架、圓形卡盤、焊槍升降裝置、焊槍左右移動(dòng)裝置、送粉裝置組成。截齒放置于圓形卡盤中，實(shí)現(xiàn)截齒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。焊槍升降裝置、焊槍左右移動(dòng)裝置和龍門架連為一體，實(shí)現(xiàn)焊槍升降移動(dòng)、左右擺動(dòng)。焊接部分由等離子電源、等離子焊槍和焊接輔助件組成，等離子電源利用山東奧太WSM-200和WSM-500氬弧焊機(jī)組裝而成，等離子焊槍采用成都泰尚科技有限公司TX-3焊槍。電氣控制部分由PLC、人機(jī)界面、AC伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器組成，人機(jī)界面用于實(shí)現(xiàn)設(shè)定參數(shù)和顯示狀態(tài)，AC伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器用于實(shí)現(xiàn)焊槍左右移動(dòng)、焊槍上下移動(dòng)、截齒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

由于在等離子熔覆截齒過程中參數(shù)調(diào)節(jié)很多，時(shí)序的控制尤其較為復(fù)雜，因此，選用臺(tái)達(dá)DVP-40EH00T3型PLC作為控制核心，選用臺(tái)達(dá)DOP-B07SS411觸摸屏作為人機(jī)界面，選用臺(tái)達(dá)ASD-B2-0421-B型驅(qū)動(dòng)器和臺(tái)達(dá)ECMA-C20604RS伺服電機(jī)作為左右伺服控制、上下伺服控制和旋轉(zhuǎn)伺服控制，選用山東奧太WSM-200和WSM-500氬弧焊機(jī)作為改裝成型的等離子焊機(jī)，自身具有送氣、高頻和電流參數(shù)的控制功能。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括PLC程序和人機(jī)界面程序。PLC程序選用臺(tái)達(dá)編程軟件WPLSoft2.46編制，人機(jī)界面選用臺(tái)達(dá)編程軟件DOPSoft2.00.07編制，編制出的人機(jī)界面程序可以被DOP-B07SS411觸摸屏識(shí)別，并可以完整上載和下載人機(jī)界面程序。PLC控制單元作為系統(tǒng)核心，負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，并向外圍設(shè)備發(fā)出命令和接受由外圍設(shè)備返回的信號(hào)。

等離子熔覆截齒設(shè)備控制系統(tǒng)的人機(jī)界面采用臺(tái)達(dá)DOP-B07SS411觸摸屏，DOPSoft2.00.07編程軟件需完成的控制功能包括：在PC上用DOPSoft2.00.07軟件完成人機(jī)界面程序的編程，可實(shí)現(xiàn)仿真模擬；通過USB數(shù)據(jù)線，完成PC和DOPSoft2.00.07之間上載和下載HMI程序；DOPSoft2.00.07編程軟件可以實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面上向PLC設(shè)定參數(shù)值，并可在人機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)參數(shù)監(jiān)控顯示，操作方便，可視化強(qiáng)，便于動(dòng)態(tài)控制和調(diào)整。

4 聯(lián)機(jī)調(diào)試

42CrMo鋼屬于Cr-Mo系，是截齒材料中最為典型的鋼種，選用42CrMo鋼截齒作為原基材，合金粉末粒徑為200目，焊槍高度25mm，小電源電流75A，大電源電流220A，在人機(jī)界面上設(shè)置熔覆參數(shù)。

圖1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在熔覆參數(shù)下得到圖1實(shí)驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)測(cè)試，截齒耐磨層平均洛氏硬度為56HRC，制備成的截齒耐磨層和硬質(zhì)合金刀頭精度達(dá)到要求。

5 結(jié)語

本研究設(shè)計(jì)了一種以臺(tái)達(dá)DVP-40EH00T3型PLC為控制核心，并結(jié)合臺(tái)達(dá)DOP-B07SS411觸摸屏的等離子熔覆截齒設(shè)備控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊槍運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、截齒旋轉(zhuǎn)裝置、送粉裝置、改裝成型的等離子電源裝置各種參數(shù)的有效時(shí)序控制。實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)設(shè)置和參數(shù)監(jiān)控顯示，便于動(dòng)態(tài)控制和調(diào)整。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用該控制系統(tǒng)等離子熔覆的截齒耐磨層平均洛氏硬度為56HRC，達(dá)到要求，證明了該等離子熔覆截齒設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、可靠。