數控PLC技術在機械轉軸焊接中的有效應用

師英山

摘要：PLC技術具有提高系統可靠性和穩定性的功能，而機械轉軸焊接具有較高的穩定性要求，屬于高精度焊接工作，對公差控制和焊接強度要較高的要求，將數控PLC技術應用在機械轉軸焊接中能夠在一定程度上提升焊接精準性和穩定性。為此，本文通過介紹PLC技術和組態軟件，并將其應用到機械轉軸焊接中，實現以PLC為主控制程序的操作，通過介紹機械轉軸焊接中應用數據PLC技術的實現過程，得出了數控PLC技術的參數穩定性以控制結果驗證，有效降低了焊接產品的廢品率。

關鍵詞：PLC技術;組態軟件;機械轉軸;焊接

中圖分類號：TG519.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）16-0198-02

0? 引言

數字控制技術在工業中具有廣泛的應用，但是它需要依托計算機編程理論才能實現自動化操作，而一線操作人員又不具備這種編輯水平。PLC技術與組態軟件的出現，能夠從根本上解決企業應用自動化數控技術的問題。機械轉軸焊接是一種要求精度極高的加工過程，傳統的控制系統無法滿足機械轉軸焊接的高強度和高精度要求，而將PLC技術應用到機械轉軸焊接中成為了當前重要的解決途徑。

1? PLC技術與組態軟件概述

PLC自動控制在工業領域得到了廣泛的認可和應用，應用PLC控制技術不僅具有減少配置時間的功能，還具有性能高、價格低的優勢，且在惡劣的環境中具有可靠的優越性。PLC即可編程控制器，是一種在數字計算機技術下專門應用于工業行業的電子控制裝置，通過可編程序的存儲器，對機電一體化設備及其生產過程實行控制。應用PLC技術的自動成型系統，不僅可以滿足工業控制系統對快速性和開放性的要求，還能在很大程度上滿足用戶對可靠性和穩定性的需求。利用此技術可以提高企業生產效率，降低投入成本，提升經濟效益。

組態軟件是專門用來進行數據采集和過程控制的軟件，它是一個能夠快速的幫助用戶建立屬于自己的開發環境或hmi的軟件工具。組態軟件的出現使用戶擺脫了手工或第三方編寫hmi應用或購買專用的開放數據接口、工控系統的困境，可以通過組態軟件建立最符合自身發展需求的應用系統。隨著組態軟件的發展，靈活的組態方式、開發環境、實施控制、實時數據庫等為用戶提供了快速建立通用層次、自動控制系統監控功能的軟件工具，并能夠提供分布式數據管理的功能，支持常見的通信協議和各種工控設備。

數控PLC技術通過采用梯形圖語言的方式進行控制，具有易操作、形象、直觀的特征。PLC組態軟件平臺可以為用戶提供多功能的組態功能，二者有效結合應用于機械轉軸焊接中，可以通過可編程邏輯控制實現精密焊接，且能保證機械轉軸加工的工作效率以及準確性和連續性。

2? 機械轉軸焊接中以PLC為主控制程序

數控PLC應用到機械轉軸焊接中后，可以使操作人員通過人機交互窗口來執行程序，并在加工影像區輸入焊接的子程序。數據PLC組態軟件對于焊接程序的初始狀態可以在端口程序中進行識別，并通過此軟件對各種電子元件開關和外部的繼電器開關實行控制功能，以此方式實現對機械轉軸焊接的精準控制[1]。為了滿足焊接程序的需求以及機械轉軸的功能價值，操作人員需要將在操作臺上放置需要加工的焊接零件，并將其固定牢固，然后通過PLC傳感器對焊接機械的操作路徑進行控制，如果焊接的路徑超出預定范圍，系統就會自動停止運行;如果都在預定可控范圍內，該程序就會自動完成一系列的焊接過程。

數控PLC系統采用連接觸點的方式實現虛擬控制的目標，基于邏輯電路采用的是并聯電路，所以該程序可以無限循環使用，具有較強的復制功能。機械轉軸焊接應用數控PLC技術具有數據處理、步進控制、計數控制和定時控制等功能。因為機械轉軸焊接具有較高的復雜特性，利用PLC控制系統所具有的定時功能，能夠幫助操作者進行輸入和調取，同時便于對子加工程序進行修改，對于擺脫人為監控的操作弊端，實現遠程監控的焊接操作具有巨大優勢。對于應用數控PLC技術的焊接系統來說，在其內部裝有計數器，可以對機械臂的運轉狀態進行實時監控，時刻觀察其是否存在故障問題，保證它的正常運行功能。對于機械轉軸焊接系統而言，在計數器的功能之上，還增加了自動步進功能，而PLC控制系統內有專門控制步進程序的系統，在執行完一個程序命令之后，系統會自動進入下一個程序中。隨著科學技術的不斷發展，也推動了數控PLC技術的快速發展，使其具有更加強大的功能，在機制轉軸產品加工過程中，應用數控PLC技術，可以實現數制轉換、移位傳輸等程序操作，加快焊接加工的工作速度，提升工作效率和工作質量，使其整個操作流程更加便捷化和智能化。數控加工過程中很可能會出現一些特殊情況和突然情況導致工作無法正常開展，而應用PLC技術后，在遇到突然停工的狀態下，能夠通過它的記憶功能對系統進行自動診斷，比使程序自動恢復的正常狀態模式下。由于PLC程序的語言和邏輯程序可以根據需求進行改動和完善，因此焊接加工的操作人員可以應用數控PLC的編程器對焊接系統的運行狀態進行實時監控，從而促進機械轉軸焊接的穩定性、可靠性和精準性。

3? 機械轉軸焊接中應用數據PLC技術的實現過程

3.1 參數設置簡述

在開展轉軸焊接工作之間，應該對焊接零件進行防銹、清洗和去油的處理，同時還要結合PLC的控制程序以及焊接性能，對參數調整以及性能分析工作做好安排。機械轉軸焊接加工過程中還要對碳遷移的過程、應力以及金屬表面的焊接熱裂紋等進行全面的考慮，使金屬焊縫的稀釋作用得到最大化的降低，而應用PLC技術以后這些基本要求都可以得以實現[2]。數控PLC焊接子程序將焊接預熱的范圍控制在焊道兩側45mm以內，而將機械轉軸焊接的表面溫度控制在210攝氏度以上，且采用數字預熱方式來控制預熱溫度，從而降低金屬應力為機械轉軸焊接所造成的不良影響。為了不影響焊道的平整性，應該在焊接前就先分析并控制焊絲的基本狀態，將其烘干溫度控制在350攝氏度，且要保證此溫度持續半個小時，當焊絲直徑為2mm時，焊接電流不能太大，應設置為50-60A。焊接時要選擇抗氧化性強的焊絲，焊接結束后還要使溫度保持2小時。本文所采用的數控PLC程序為XDP-485軟件，其具有程序導出導入機制以及離線編程功能，保證了操作的便捷性。且該軟件還能借助PLC控制系統實現編程數據的上傳和下載、設備的啟動和停止以及程序的初始化設置，為操作人員的讀取和使用提供了便捷的方式。

3.2 機械轉軸實現精密焊接的過程

PLC系統在選擇組態軟件的時候選擇了實用性和操作性較強的Touch Win編程工具，此工具具有模擬三維圖庫、三維立體模型編制功能以及多種語言的顯示功能。在編制系統程序的時候選用XDP-485軟件來完成整體設計，首先規劃機械轉軸的焊接流程，其次規劃每個環節的操作步驟。系統程序在啟用調取功能時，通過DP接口完成程序的寫入環節，同時完成數據的導入和導出工作。機械轉軸焊接在應用PLC組態軟件進行調用時，可以實現CAE工程控制系統和CAD控制設計程序之間的自由轉換。只要確定中斷程序模塊和主控制程序模塊，PLC組態控制軟件就能在數據冗余的狀態下，增強焊接程序的穩定性。操作人員按照事先對機械轉軸焊接設定好的標準和要求開始對程序執行操作。在應用PLC組態軟件的時候系統具有自我保護功能，需要從登錄界面輸入用戶名和密碼才能登錄系統，否則無法進入系統中，通過這種方式可以保證原先設定的程序不會被隨便更改，同時還能對機械轉軸焊接的質量起到保護作用。程序檢修、子程序調用和初始化是主控制程序的主要組成模塊，要對這些模塊的參數提前設定好，才能有效的應用PLC技術。機械轉軸焊接的子程序包括設置機器人行進路徑、調整焊接參數、調整工裝卡具位置等，屬于重要的應用程序。在焊接過程中如果出現特殊情況，程序就會自動停止運行并發出警報[3]。如果主控制程序出現了問題，PLC系統就會自動切換到中斷程序，同時出現問題的位置就會在人機交互界面中顯現出來，系統數據庫也會自動記錄故障的類型，方便在后期的加工過程中進行分析比較。

4? 數控PLC技術的參數穩定性以控制結果驗證

為了對數控PLC技術在機械轉軸焊接工作中的實際效果進行驗證，可以選定一家生產機械轉軸產品的廠家進行驗證。以廠家A為例，目前該廠的機械轉軸焊接生產線一共有12條，在2018年8月開始應用數控PLC技術，該廠的日生產量為4800臺。從這12條機械轉軸焊接生產線中選擇一條應用了PLC技術的生產線作為研究對象，每半個小時記錄一下PLC系統控制下焊接電流的變化情況，連續觀察留個小時，其中工作電流越穩定，說明產品的焊接質量越好，穩定性越強，具體的分析結果如圖1所示。

PLC控制系統下將電流控制在50A的輸出狀態能夠提高機械轉軸焊接的穩定性能，同時還能降低焊接產品的廢品率。在機械轉軸焊接中應用PLC控制技術后可以有效控制焊接廢品的產生幾率，且廢品的等級也被控制在一到二級，具有可修復性，這在很大程度上減少了損失。而應用傳統控制技術產生的焊接廢品數量明顯高于應用PLC控制技術之后，由此可見，如果依然采用傳統控制技術將不利于該廠經濟效益的提升，同時也為在機械轉軸焊接中應用PLC控制技術奠定了理論基礎。

5? 結束語

綜上所述，PLC控制技術早已得到了工業領域的認可和應用，將PLC控制技術應用在機械轉軸焊接生產中也具有實際的應用效果，文章也通過實際論證證明了PLC控制技術的主控流程所發揮的重要功能，以及該技術在機械轉軸焊接中提升系統電壓和電流穩定性，降低焊接廢品率的應用效果。

參考文獻：

[1]孫林，樊川，廖建軍.一種寬電壓輸入數字控制的功率因數校正器[J].微電子學，2018（03）.

[2]溫暖，楊維明，彭菊紅，王旭光.基于MCU的嵌入式系統的Bootloader設計[J].微電子學與計算機，2018（03）.

[3]羅衛紅.數字化控制技術在逆變焊機中的應用[J].焊接，2017（09）.