搭接焊机及其控制1

1、镀锌线窄搭接焊机及其控制冷轧厂热镀锌生产对于生产连续性要求较高，为了保障连续生产，引进了VAI生产的全自动窄搭接电阻焊机，型号为ML 21。该设备的特点是自动化程度高，焊接质量高，焊接时间短，维护保养简单。自2005年投产以来的生产实践证明，此焊机完全能满足冷轧厂镀锌生产线的生产要求。1电阻搭接焊机的焊接原理窄搭接电阻焊机的焊接原理是将两块材料（带钢）搭接,通以适当电流,在材料自身的电阻、材料间及材料与电极间接触部分的集中电阻上产生热量,最终熔化而焊接起来。根据焦耳定律,焊接接头产生的热量用公式（）表示如下: 公式（）（）式中： 为热量 为电流 为焊接区电阻 为电极间电压 为通电时间从式中看出

2、,发热量与焊接电流、通电时间及自身电阻有关,当对某种材质、规格的带钢进行焊接时,通过控制电流、通电时间（,当焊接断面长度一定时,通过改变焊接速度来控制通电时间）及焊轮焊接压力,就可以将带头、带尾很好地焊接在一起。2焊机相关参数 焊机类型： 窄搭接型，直流6脉冲焊接 最大焊接能力： 宽度1650 mm 厚度2 mm带钢运行方向： 操作侧观察自右向左运行焊机小车速度： 3至20 m/mn焊接力（可调整）： 80 bar下最大2500 daN碾压力（可调整）： 80 bar下最大6300 daN搭接量调整范围： 操作侧0至6 mm 驱动侧0至6 mm夹紧压力： 最大7500daN焊轮： 材质三级铜合

3、金 直径305 mm 厚度16 mm碾压轮： 直径120 mm 厚度20 mm剪刃： 长度1930 mm可焊接钢种： CQ，DQ，DDQ，HSS，HSLA3焊接工艺及设备功能 入口活套1号对中2号对中出口活套3号对中月牙剪4号对中图11 ML 12窄搭接电阻焊机机械布置图31设备各部功能说明 焊机机械部分布置如图11所示，主要由入口部分，中间部分，出口部分3个主要功能区块组成。其中入口部分主要由入口活套，1号对中设备，2号对中设备等设备组成，中间部分主要由入口夹紧台，焊机小车，出口夹紧台组成；出口部分主要设备有3号对中设备，月牙剪，4号对中设备，出口活套等。 311入口部分 （1）入口活套。通

4、过入口活套使带钢在焊机入口侧形成小活套,保证带钢能自由对中及头尾搭接。活套辊的作用是降低板带张力使板带容易被移动以便于对中 （2）1、2号对中设备。安装于焊机入口侧,完成带头对中。 312中间部分 （1）入口夹紧台、出口夹紧台。主要作用是实现带钢头尾剪切及搭接。 （2）焊机小车。完成焊接工作。主要包括以下装置： a.高精度剪刀：剪切带钢头尾,保证断面平行,以便进行头尾搭接与焊接。ML12焊机使用单剪在同一位置剪切带头和带尾，这种特殊设计的剪刀在剪切过程中不会造成板带变形，从而保证了焊接过程中板带的搭接质量。 b.冲孔装置：焊缝处冲孔（根据生产要求可不选择冲孔）,以便机组进行焊缝跟踪。 c.焊轮

5、:带钢焊接时通过焊轮构成焊接回路,上下侧各一个。 d.压平辊:焊接后对焊缝进行平整,提高焊缝表面平整度。 e.边缘检测（光栅）:位于焊轮前面,检测带钢边缘,起通断焊接电流、压力及碾压力的作用。 313出口部分 （1）3、4号对中设备。安装于焊机出口侧,完成带尾对中。 （2）出口活套。通过入口活套使带钢在焊机出口侧形成小活套,保证带钢能自由对中及头尾搭接。 （3）月牙剪。切掉较宽板带边部尖角，保护线上其他设备。 32焊接工艺概述图31 焊接工艺流程焊接过程主要分为4步： 出口夹紧台带尾处理入口夹紧台带头处理焊接焊机准备在焊接不好的情况下可以选择进行重焊。焊接参数主要有：a) 焊接电流设定值；b)

6、 焊接速度；c) 焊头压力；d) 碾压轮压力；e) 操作侧搭接量；f) 驱动测搭接量；厂家预定参数以数据库的形式存储于WIC，并且被设计的使工艺人员易于打开工作，检查或修改。实际焊接工作中选择的焊接参数是基于从二级收到的板带厚度值和焊接代码，经过计算所得，也可有操作人员手动输入进行更改。焊接工艺参数举例最小厚度最大厚度焊接电流焊接速度焊轮压力碾压轮压力操作侧搭接量驱动侧搭接量505016.41590327000.82506517.51595930000.82508018.115101530000.824焊机电气及控制系统数字及模拟 IO以太网 MPI - -Profibus DP光缆链路生产线

7、PLC焊机PLC晶闸管控制HMI远程 I/O伺服液压缸操作箱图41 焊机控制系统焊机系统作为冷轧薄板连续生产线的关键部分，负责完成将板带头和尾进行焊接的工艺，以便保证整条工艺生产线的连续生产，要完成如此复杂的工艺流程，其电控系统是非常重要的。作为当今世界非常完美的西门子S7电控系统是完成逻辑控制任务和人机接口，通讯处理的最优选择，为焊机的自动化任务提供了最佳的解决方案。ML焊机随机提供有VAI CLECIM 标准的西门子S7400可编程逻辑控制器。除月牙剪是由生产线直接控制外，焊机的入口及出口部分均由该系统控制。生产数据和连锁信号也是通过此PLC进行分发。为实现与生产线的交互，焊机PLC通过一

8、个MODBUS从属连接与生产线PLC连接。生产线PLC作为主机，焊机PLC是其从属设备，接收PDI并生成焊接报告。 焊机可实现三种操作模式：l 维护模式，主要用于安装及测试l 半自动模式下设备操作分为4个完整的全自动子程序l 自动模式下子程序自动按照生产线信号运行下列设备安装在电气室的电气柜中：l PLCl 焊机小车驱动交流电源和速度控制（VCT）l 及辅助控制l 网络电缆终端 41电气设备组成及功能描述 焊机的电气设备由以下三个主要部分组成：l 可编程逻辑计算机（PLC）l 焊机交互界面计算机（WIC）l 电源单元其中可编程逻辑计算机（PLC）是控制焊机的核心，型号为西门子S7-400，S7

9、-400是中高档性能控制领域中首选的理想解决方案。它采用模块化无风扇设计，坚固耐用，容易扩展，通讯能力广泛，容易实现分布式的结构，操作方便友好，通过它可实现：l 焊接步骤控制（I/O 控制）l 焊轮压力控制管理l 碾压轮压力控制l 操作侧搭接量位置控制管理l 驱动侧搭接量位置控制管理l 小车变频系统管理l 焊接部分管理l 操作面板管理l 错误管理 安装在远程操作台的焊机交互界面计算机（WIC）用于：l 焊接参数的自动选择l 焊接质量控制（温度记录）l 修改板带参数l 焊接报告l I/O详情显示l 报警显示操作系统：WINCC电源单元系Schlatter（瑞士）制造，整体安装于焊机小车。自带冷却

10、变压器和晶闸管的热交换器。将工厂提供的三相电流转换为真正的直流电后发出。转换后得到的直流焊接电流送入二次回路流至焊头，然后由并联在一起的铜制软导线传导至焊轮。这里设计有二次回路是为了避免因电流传导而引起的过热所带来的危险。直流6脉冲电源单元包括：l 安装在小车框架上带有晶闸管和滤波器的焊接转换器l 安装在电器柜中的三相变频电源控制器典型数据l 输出占空比50状态下直流电源标称功率131vKAl 输出占空比50状态下标称电流17kAl 次级线圈连接方式：6相星形l 二极管整流器接入次级线圈（6相星形整流器）l 水冷散热三相晶闸管二极管整流器焊轮变压器控制单元电源单元图42 电源单元 42控制系统

11、 421系统硬件结构 焊机的s7电控系统由一块PS407电源模板，一块CPU4142中央处理器模板，两块功能模板DI32xDC和DO32xDC，通讯处理器模板MPI/DP，以及CP4335 Ext接口模板组成。PS407电源模板是用于对SIMATIC 一400的供电，转换120230V AC或24V DC主电源为所需的5V DC和24V DC工作电压，输出电流20A.CPU4142是一款32位处理器，具有256KB内存，其中128KB用于代码存储，128KB用于数据存储，8KB数字I/O存储。处理能力达到0.1ms/1000条语句；具备直接数据交换，及多重计算能力。固件版本V3.0。作为性能优

12、越，环境适应性很强的中央处理器，在编程、启动和服务方面性能高超,有很多与众不 的特点，它的智能诊断系统连续地监视系统功能并记录错误和系统的特殊事件，且将所有事件均标记上时间并储存在环型存储器中,以便进一步查找故障。功能模板DI32xDC和DO32xDC即数字量输入输出模板，具有32位输入，输出能力，工作电压24V。负责进行信号的逻控制，将二进制过程信号连接到s7400通过这两个模板，将数字传感器和执行器连接到SIMATIC s7400，完成焊机所需的逻辑控制。接口模板CP4335 Ext具有SIMATIC s7400系统的全部优点，设计紧凑，安装简单。同样具有直接数据交换能力。固件版本V4.0

13、 。CP4335 Ext安装在一400的机架上，并经过背板总线与邻近的s7400模板相连接，不存在槽位规则，即不需要风扇。也不需要后备电池，用于将焊机的SIMATIC s7400作为主站连接到ProflbusDP总线上，完全自动地进行数据传输处理，波特率可达到96Kl2M。两块通讯处理器模板MPI/DP负责将焊机的SIMATIC S7 400连接到工业以太网总线系统。这样,焊机可与镀锌线进行数据和信号交换。焊机通过接收工业以太网总线带钢厚度、质量及联锁信号,完成自动焊接。 422网络系统 要保证焊机与镀锌线的数据交换以及焊机各检测元器件同PLC之间的迅速稳定的数据通讯和各类模拟数字I/O信号在

14、伺服机构与PLC之间的准确传递，迅捷稳定的网络技术是电控系统必须具备的一项关键技术，焊机通过其CPU4142自身的DP接口与控制焊机夹台的位置控制器的PI C的接口模板IP060之间建立起ProfibusDP总线系统， S7400的接口模板CP4335 Ext建立起以焊机 S7400为主站的第二条ProfibusDP总线系统。负责起对现场所有的数据交换，焊机的所有从属设备均通过其接口模板CP4335 Ext与焊机的ProfibusDP现场总线连接，成为一个从站子单元。CP4335 Ext负责针对生产线PI C和位置控制器的通讯板处理器MPI/DP之间建立起两条ETHERNET网络，完成大量的实

15、时数据交换，但考虑网络的传输速率，及通信的距离，可连接的网络节点数目和数据传输的可靠性，因此必须根据通信要求，合理地选择通信介质，工业屏蔽双绞线具有抗电磁干扰能力强、重量轻、体积小、韧性好、安全保密性高、传输衰减极小等优点，因而成为我们的理想选择。上述所有网络均为工业屏蔽双绞线所连接，完成实时通讯任务。 网络连接： 网络是通过支持以下规格的工业以太网（802.3）连接的： 10M网络10Base5, 10BaseT, 10Base2 和10Base-FL 100M网络100BaseT 系列 通讯协议典型优势： 全双工模式TCP/IP点对点连接TCP/IP服务器或客户机（配置调试期间定义端口，默

16、认状态为服务器）挂起连接自动重建依靠消息ID建立路由 423软件控制功能 焊机顺序控制焊机顺序控制是由不同的顺序块()、程序块()完成,并由组织块进行调用的。焊机自动顺序控制程序如图43所示。当一卷带钢运行完毕后,启动焊机自动顺序控制,如果焊机准备就绪,没有其他故障,带尾定位开始,且带尾定位于出口夹紧装置前,并进行以中,使带尾处于镀锌线的中线上，对中完成后进行剪切并冲孔(用于焊缝跟踪)。下一卷带头定位开始,定位于入口夹紧装置后,同样,带头也要进行对中。紧接着,对带钢头多余的部分进行剪切,同时进行。带钢头尾进行搭接、焊接,并由碾压轮对焊缝进行碾压。结束后,释放带钢,焊机各部件返回初始位置,等待下

17、一个焊接周期。启动自动控制完成？焊机准备？带头定位NYYN出口对中入口对中带尾定位剪切剪切并冲孔搭接完成？完成？释放带钢焊接焊机归位完成？NYYNNY图43 焊接控制流程图 焊接电流的控制采用搭接电阻焊的焊机,其焊接电流的控制尤为重要。ML12型焊机焊接电流系统主要由可控硅控制器、焊接变压器/整流器2部分组成。另外还设计有焊流监视、温度监视、电压监视等监视元件。焊接主回路为3个380交流供电,为调节焊接电流,在焊机中有专门控制焊接电流的程序块。焊接时,根据不同规格的带钢,调用焊接参数数据块(该数据块把不同的钢编成不同的序号,每个序号包含有焊接速度、焊接电流、碾压力等数据),通过模拟输出板,输出

18、010直流电压值至可控硅控制器。操作工也可通过显示系统对焊接电流、焊接速度、碾压力等值进行设定。焊接电流最大值为40。另外,为保证焊机上下两个焊轮工作时的工作区域在带钢上,该系统配有一块242计数板、一个安装在驱动型焊接机架的电机同轴丝框上的检测装置,以及带钢边缘检测装置,当焊接时,检测装置检测到带钢边缘,记数开始,实际采集的脉冲数与焊接参数数据块中的设定脉冲数进行比较,用来控制焊接电流的通断。焊接变压器容量为400,二次侧输出约5的低电压,输出经二极管整流(含电容滤波),以直流的形式输出至焊轮。上下两个焊轮与被焊带钢构成回路,实现直流电流焊接。5结语VAI CLECIM窄搭接电阻焊机在邯钢冷轧厂热镀锌机组得到成功的应用,对于镀锌线机组短期达产,快速超产起到了决定性作用。焊接成功率达到99.5%。随着对设备的逐步熟悉以及设备维护的加强，基本已达到无故障运行。,与国内同类型焊机比较,ML12型焊机具有以下优点:（）控制系统配置简单、合理,可靠性高;（）带钢实现自动搭接与焊接,设备自动化程度高,故障、报警信息简单明了,从而