自动焊接机FX1S3OMT,PLC在自动焊接机中的应用

自动焊接机FX1S3OMT,PLC在自动焊接机中的应用 摘要：本文针对某金属制品厂新开发的多款异形花洒的焊接问题，介绍了焊接系统主要设备的控制方法，分析了设备中各种运动、速度及位置的实现方法与编程技巧。 关键词：自动焊接 PLC 步进电机 旋转编码器 ：TP273 ：A ：1007-9416(xx)01-0052-02 某金属制品厂为了适应竞争日益激烈的市场，满足用户的不同需求，开发出了多款形状各异的花洒。该类产品是用黄铜板冲压后经氩弧焊对焊而成。手工焊接效率低，且无法满足工艺要求。而用焊接机器人或其它高级焊接设备，虽能满足工艺要求，但设备投资太大，对操作工的要求也较高，使得产品缺乏市场竞争力。为此，采用了PLC控制的低成本自动焊接机研制成功，使产品得以顺利上市，取得了较好的经济效益。 1、焊接机的焊接工艺要求及主要运动 本设备在焊接工件时，需要满足以下工艺要求： (1)焊接速度能调节； (2)焊枪与工件在任意位置的夹角尽可能保持不变； (3)焊针与焊缝的相对距离必须相同； (4)起弧及收弧时间可以调整。 本设备的主要机械运动如下： (1)采用工件转动而焊枪相对固定的方式； (2)采用机械仿形法使焊枪能随工件的转动而上下移动； (3)主轴电机采用了变频调速，使工件能在一定的范围内匀速转动； (4)利用步进电机、滚珠丝杆根据工件角度的变化而驱动焊枪作相应动作。 2、主要部件的选型 (1)可编程控制器 因需要将工件旋转的角度通过PLC运算处理后，输出信号控制步进电机，为此需要输出高速脉冲等。故应选择晶体管输出型的PLC。本设备采用了三菱FX1S-3OMT型的PLC。 (2)步进电机及驱动器 由于是通过了滚珠丝杆带动焊枪动作，负载较轻，对力矩的要求不高，主要应考虑电机运行的稳定性。本设备使用了型号为PK245-2A的步进电机，其步距角为1.8度，电流为0.8A，静力矩为0.3N.。步进电机驱动器型号为XDL-15，电流为0.2-1.5A，可2-128细分。 (3)旋转编码器 选用工作电压12至24VDC，每圈脉冲数为1800的光电式旋转编码器，型号为CB一1800HC。该型编码器输出A相、B相和Z相3组信号，其A、B两相相位差为90度。 3、系统组成及其功能 本设备由工件驱动机构（包括主轴及拖动电机）、焊枪驱动机构（包括步进电机、驱动器及编码器）及PLC控制部分构成。 控制功能如下：主轴电机由变频器控制，以拖动工件旋转。通过旋转编码器对主轴的转速及角位移进行测量，得到的数据再经PLC高速处理后，成为步进电机的驱动信号。 经过回原点操作后，按启动按钮SB1（X6）（I/O分配图见图1，以下同），主轴电机启动，工件旋转。Y7接通T1G开关至起弧结束时断开。步进电机低速反转，驱动焊枪接近相应特征点后，以高速正转通过特征点。经过四次循环至360度时，Y7重新接通至收弧时间结束时断开，焊接过程结束。为方便操作者针对不同规格的产品调整运行参数，特设计了具有自学习功能的调试程序。即当操作者需要对主轴转速、起弧及收弧时间作调整时，只要将调试开关SAO（X11）闭合一个焊接周期即可，此时，各运行参数自动存入PLC中相应的数据寄存器中，以作为自动焊接时的运行参数。 4、编程关键点 (1)角度测量:将旋转编码器的、相脉冲信号接入PLC的XO、X1输入端，通过高速计数器计录脉冲个数，从而可以测得工件在任意位置的角度。 (2)各特征点的取得：利用FNC224(触点比较指令)将各特征点的角度值与高速计数器进行比较，从而驱动相应的辅助继电器。 (3)步进电机驱动器程序： 1)转向：由图一知，步进驱动器的方向信号由PLC的输出端Y2状态确定，即Y2为ON时电机正转，Y2为OFF时电机反转。 2)转速：步进电机在0度至40度时，以低速驱动焊枪改变角度，而在40度至50度（即工件转角时），则以一个较快的速度使焊枪在较短的时间内改变一个较大的角度。本程序采用PLSY和PLSR分别输出低频和高频脉冲信号，经试验，低速时采用PLSY指令输出，电机起停对机械造成的冲击较小，不影响焊枪角度的改变。而高速时的冲击不容忽视，所以采用PLSR指令，经反复调试，设定一个合适的加、减速时间，使之平稳起停。 3)主轴转速的测定：由焊接工艺知，同一种工件在不同的环境下，要求的线速度及起、收弧时间不同，所以主轴转速需作相应调整，而改变主轴转速的同时，也必须对焊枪改变角度的速度作相应的调整，(即改变步进电机的转速)于是对主轴转速的检测就成为必须。笔者采用SPD指令，通过PLC的X2端口检测旋转编码器相信号在单位时间内的脉冲数来获得主轴转速。 4)步进电机驱动频率的确定：主轴转速改变的同时，驱动步进电机的脉冲频率也应作相应的改变。笔者采用MOV指令，将SPD所测得的转速值送入寄存器，然后与常数（即机械传动装置的固有关系）运算（MUL、DIV等指令）得出高速和低速时的频率。 5)起弧时间与收弧时间的确定：T1G信号开关动作后，即Y7得电（见图1）利用外接时间继电器KT1、KT2 调节起、收弧时间（笔者认为，若采用拨码开关等输入设备进行数据写入，则会占大量的输入端子，不利于压缩成本）。KT1、KT2的延时闭合触点分别接PLC的输入囗X15、X16，通过PLC的内置定时器T11分别将起、收弧时间送入寄存器，以便控制步进电机及主轴电机的旋转。 6)回原点程序：由焊接工艺知，焊接开始时需在工件0度，而焊接结束时的角度为360度加收弧所需的角度值，焊枪位置也是如此。故每个工件焊接之前，需要执行回原点操作。本程序中X4（SQ2）为焊枪原点位置。X3（SQ1）为主轴原点（即工件原点），为了节省输入点及位置开关，采用了一个光电开关（X5）和指令，用较低频率使步进电机准确寻找焊枪原点。主轴原点是通过机械原点位置开关X3与程序”原点”MO（即主轴0度时驱动的辅助继电器）控制变频器以爬行状态反转寻找。 5、结语 实践证明，用PLC、编码器、步进电机等工控元件制成的自动焊接机，具有可靠性高、准确度高等特点，与市售的焊接机器人等数控焊接设备相比，更具有价格低廉、操作筒单、运行维护费用低等优点，可节省投资，提高效率。 _ 1钟肇新,范建东编著.可编程控制器原理及应用.华南理工大学出版社,xx年. 2杨益强,李长虹,江明明合编.控制器件.中国水利水电出版社,xx年. 3周恩涛主