PLC控制的埋弧焊丝层绕机排线器

1、第30卷第6期金属制品2004年12月PLC控制的埋弧焊丝层绕机排线器马国玺(郑州机械研究所450052)关键词排线器;滞后角;零位;层绕机中图分类号TG422.3在焊丝生产中,其中一道工序就是把成品焊丝均匀绕卷。克,布,这种方式精度低。1排线基本原理A点开始,这一点(包括倒线),步进,随主轴的旋转而往复地运动水平往复运动的速度决定了排线的均布程度。只有当主轴旋转与水平往复排线机构速度相匹配时,才能保证每一层焊丝间距均匀,并且顺利过渡到下一层进行绕卷。在实际生产中,这两种运动并不是同时进行。一般要求排线器在起始绕卷的一边(零位点)滞后一个角度,这个角度称为滞后角,中间过程则同步跟随,快到达另一

2、边时,则应提前加速补偿先前的滞后角,从而使排线运动和旋转运动同时到达另一边缘。滞后角的大小和中间跟随的步长与焊丝本身的规格有关,在自动运行过程当中,可以人工干预滞后角的大小。2硬件组成焊丝层绕时,其排线要求如图1所示。n1卷绕主轴旋转方向;n2电控排线器运行方向;A左绕卷边缘(左零位);B右绕卷边缘图1排线成型工艺图A,B两点之间的距离为绕卷焊丝产品的宽为了实现上述原理,设计出图2所示电气控制框图。图2中,采用三菱FX2N系列的晶体管输出型可编程控制器步进驱动系统采用斯达普公司的ST系列混合式步进驱动器及其配套电机110BYG250。图2电气控制框图多路直流电源为系统提供继电控制、光电隔离、显

3、示驱动等所需的直流电源。多路动作控制包括电机驱动控制,协调系统运行等。在主旋转轴上安装2只光电开关,用于检测主轴旋转方向和旋转速度。同时,在A侧边缘设置一光电开关,检测边缘信号。外加两路计长(计重)光第6期马国玺:PLC控制的埋弧焊丝层绕机排线器27电信号,5路信号进入可编程序控制器(PLC)。卷绕的焊丝规格、每卷卷绕质量及运行控制信息可以从键盘输入,键盘信号的输入有静态程序扫描和动态定时扫描2种方式,静态程序扫描方式在程序扫描周期短的情况下可以使用。FX2N系列的PLC有专用的数据输入指令。此处采用了静态程序扫描方式,这种方式在输入参数时显示部分无闪烁。因为使用了静态扫描显示,故增加了显示译

4、码电路,应注意2点:(1)使用12V的标准译码器时,PLC输出信号和译码器之间应加入匹配电阻。(2)晶体管输出型PLC的输出型式分源型输出和漏型输出2种,2中显示部分参数是不一样的。晶体管输出型PLC理后,。PLC提供给步进驱动器的信号有3个,即排线方向信号、步进脉冲数量和锁定信号。3程序设计图3静态程序流程图排线器的工作状态决定排线器程序设计主要有2部分:即设定状态(静态)和运行状态(动态)。每一部分又可分为动作状态处理、数据处理2部分。经过处理的数据传送到显示器上,而动作状态处理则进入步进驱动器内,它包含步进电机运行的方向和产生的水平位移的多少。为了适应高效的模块化设计,对于每一个单独的状

5、态和数据的处理编制相应的程序。其静态程序流程图如图3所示。3.1静态程序(1)焊丝直径输入子程序;(2)焊丝质量输入子程序;(3)每层根数输入子程序;(4)自动回零位子程序;(5)静态清零子程序;(6)数据缓冲子程序;(7)静态显示子程序;(8)静态驱动子程序。静态子程序的设计应结合系统的输入及显示方式而定。图4是静态线径输入的一个子程序示例,程序中M201为静态输入线径时的中间继电器,X023是当前数值清零键。静态方式的数据显示子程序则简易得多,仅使用FX系列SEGL指令即可。每一种数据的输入只要修改其相应的显示缓冲寄存器。动态方式下的示例如图5所示。图5中M200为质量显示继电器,D260

6、为质量当前值,D250为速度当前值,D255为根数当前值,D265为层数当前值,D195、D196则分别是显示缓冲寄存器。图4线径输入子程序图5动态显示子程序3.2动态程序动态程序框图如图6所示,主要由以下子程序构成。(1)层数修改子程序;(2)根数修改子程序;(3)人工干预滞后角子程序;(4)动态清零子程序;(5)质量运算子程序;(6)动态驱动子程序;(7)动态显示子程序。28金属制品第30卷在图7中,S0动作后即进入动态工况。M72,M73是同步和加速跟踪信号,M6,M77是人工干预及位置检测信号。D772为边缘加速执行平台。在子程序中,最为主要的还是动态驱动子程序的设计,它涉及到主轴运行

7、的方向、速度和当前焊丝排列的具体位置。如果是在边缘区域时还要按照工艺要求增加滞后或超前调整量,并且同一边缘区域主轴的旋转方向不同,则P数据的处理程序有别,两个边缘的处理dd(1)式(1)中:d卷绕的焊丝直径,mm;nd滞后角的另一种表达方式,即滞后的根数,取整数。对不同线径,程序中排线器平行跟踪的脉冲数与所选的步进电机的步距角及步进电机所驱动丝杠的螺距有关。步进电机的运行有一个起动、加速、平稳、降速的过程。过高的起动频率,会导致步进电机失步,甚至不能启动。过高的停止频率则会使步进电机产生过冲现象,所以在程序中对于步进驱动系统的升速参数应合理设置。为了提高排线器对主轴运动的响应速度,应尽可能加长

8、步进电机在高频段图6动态程序流程图图7是实用的动态执行子程序。在动态工况下,程序对多路信号处理后,其中最主要的一个输出处理就是驱动步进电机运行。运行的时间。步进电机的多段速运行,可以利用三菱FX2N系列的HSZ和PLSY指令组合,搭建一个运行工作平台,把不同规格焊丝的数据分别存放在程序中。一旦生产某种规格的焊丝,就可以利用数据缓冲程序,把相应的数据调入公共执行平台中。达到一机多用,从而避免了FX2N高速处理指令的使用次数限制,提高了程序的调试效率。4结论三菱可编程序控制器控制埋弧焊丝排线器的运行,具有硬件组成简易可行,抗干扰性能好,特别适宜焊丝缠绕复杂的生产环境。经过实验,完全满足绕卷工艺的需要,解决了机械排线加工精度要