自動焊接機FX1S3OMT,PLC在自動焊接機中的應用

自動焊接機FX1S3OMT,PLC在自動焊接機中的應用 摘要：本文針對某金屬制品廠新開發(fā)的多款異形花灑的焊接問題，介紹了焊接系統(tǒng)主要設備的控制方法，分析了設備中各種運動、速度及位置的實現(xiàn)方法與編程技巧。 關鍵詞：自動焊接 PLC 步進電機 旋轉(zhuǎn)編碼器 ：TP273 ：A ：1007-9416(xx)01-0052-02 某金屬制品廠為了適應競爭日益激烈的市場，滿足用戶的不同需求，開發(fā)出了多款形狀各異的花灑。該類產(chǎn)品是用黃銅板沖壓后經(jīng)氬弧焊對焊而成。手工焊接效率低，且無法滿足工藝要求。而用焊接機器人或其它高級焊接設備，雖能滿足工藝要求，但設備投資太大，對操作工的要求也較高，使得產(chǎn)品缺乏市場競爭力。為此，采用了PLC控制的低成本自動焊接機研制成功，使產(chǎn)品得以順利上市，取得了較好的經(jīng)濟效益。 1、焊接機的焊接工藝要求及主要運動 本設備在焊接工件時，需要滿足以下工藝要求： (1)焊接速度能調(diào)節(jié)； (2)焊槍與工件在任意位置的夾角盡可能保持不變； (3)焊針與焊縫的相對距離必須相同； (4)起弧及收弧時間可以調(diào)整。 本設備的主要機械運動如下： (1)采用工件轉(zhuǎn)動而焊槍相對固定的方式； (2)采用機械仿形法使焊槍能隨工件的轉(zhuǎn)動而上下移動； (3)主軸電機采用了變頻調(diào)速，使工件能在一定的范圍內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動； (4)利用步進電機、滾珠絲桿根據(jù)工件角度的變化而驅(qū)動焊槍作相應動作。 2、主要部件的選型 (1)可編程控制器 因需要將工件旋轉(zhuǎn)的角度通過PLC運算處理后，輸出信號控制步進電機，為此需要輸出高速脈沖等。故應選擇晶體管輸出型的PLC。本設備采用了三菱FX1S-3OMT型的PLC。 (2)步進電機及驅(qū)動器 由于是通過了滾珠絲桿帶動焊槍動作，負載較輕，對力矩的要求不高，主要應考慮電機運行的穩(wěn)定性。本設備使用了型號為PK245-2A的步進電機，其步距角為1.8度，電流為0.8A，靜力矩為0.3N.。步進電機驅(qū)動器型號為XDL-15，電流為0.2-1.5A，可2-128細分。 (3)旋轉(zhuǎn)編碼器 選用工作電壓12至24VDC，每圈脈沖數(shù)為1800的光電式旋轉(zhuǎn)編碼器，型號為CB一1800HC。該型編碼器輸出A相、B相和Z相3組信號，其A、B兩相相位差為90度。 3、系統(tǒng)組成及其功能 本設備由工件驅(qū)動機構(gòu)（包括主軸及拖動電機）、焊槍驅(qū)動機構(gòu)（包括步進電機、驅(qū)動器及編碼器）及PLC控制部分構(gòu)成。 控制功能如下：主軸電機由變頻器控制，以拖動工件旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)編碼器對主軸的轉(zhuǎn)速及角位移進行測量，得到的數(shù)據(jù)再經(jīng)PLC高速處理后，成為步進電機的驅(qū)動信號。 經(jīng)過回原點操作后，按啟動按鈕SB1（X6）（I/O分配圖見圖1，以下同），主軸電機啟動，工件旋轉(zhuǎn)。Y7接通T1G開關至起弧結(jié)束時斷開。步進電機低速反轉(zhuǎn)，驅(qū)動焊槍接近相應特征點后，以高速正轉(zhuǎn)通過特征點。經(jīng)過四次循環(huán)至360度時，Y7重新接通至收弧時間結(jié)束時斷開，焊接過程結(jié)束。為方便操作者針對不同規(guī)格的產(chǎn)品調(diào)整運行參數(shù)，特設計了具有自學習功能的調(diào)試程序。即當操作者需要對主軸轉(zhuǎn)速、起弧及收弧時間作調(diào)整時，只要將調(diào)試開關SAO（X11）閉合一個焊接周期即可，此時，各運行參數(shù)自動存入PLC中相應的數(shù)據(jù)寄存器中，以作為自動焊接時的運行參數(shù)。 4、編程關鍵點 (1)角度測量:將旋轉(zhuǎn)編碼器的、相脈沖信號接入PLC的XO、X1輸入端，通過高速計數(shù)器計錄脈沖個數(shù)，從而可以測得工件在任意位置的角度。 (2)各特征點的取得：利用FNC224(觸點比較指令)將各特征點的角度值與高速計數(shù)器進行比較，從而驅(qū)動相應的輔助繼電器。 (3)步進電機驅(qū)動器程序： 1)轉(zhuǎn)向：由圖一知，步進驅(qū)動器的方向信號由PLC的輸出端Y2狀態(tài)確定，即Y2為ON時電機正轉(zhuǎn)，Y2為OFF時電機反轉(zhuǎn)。 2)轉(zhuǎn)速：步進電機在0度至40度時，以低速驅(qū)動焊槍改變角度，而在40度至50度（即工件轉(zhuǎn)角時），則以一個較快的速度使焊槍在較短的時間內(nèi)改變一個較大的角度。本程序采用PLSY和PLSR分別輸出低頻和高頻脈沖信號，經(jīng)試驗，低速時采用PLSY指令輸出，電機起停對機械造成的沖擊較小，不影響焊槍角度的改變。而高速時的沖擊不容忽視，所以采用PLSR指令，經(jīng)反復調(diào)試，設定一個合適的加、減速時間，使之平穩(wěn)起停。 3)主軸轉(zhuǎn)速的測定：由焊接工藝知，同一種工件在不同的環(huán)境下，要求的線速度及起、收弧時間不同，所以主軸轉(zhuǎn)速需作相應調(diào)整，而改變主軸轉(zhuǎn)速的同時，也必須對焊槍改變角度的速度作相應的調(diào)整，(即改變步進電機的轉(zhuǎn)速)于是對主軸轉(zhuǎn)速的檢測就成為必須。筆者采用SPD指令，通過PLC的X2端口檢測旋轉(zhuǎn)編碼器相信號在單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)來獲得主軸轉(zhuǎn)速。 4)步進電機驅(qū)動頻率的確定：主軸轉(zhuǎn)速改變的同時，驅(qū)動步進電機的脈沖頻率也應作相應的改變。筆者采用MOV指令，將SPD所測得的轉(zhuǎn)速值送入寄存器，然后與常數(shù)（即機械傳動裝置的固有關系）運算（MUL、DIV等指令）得出高速和低速時的頻率。 5)起弧時間與收弧時間的確定：T1G信號開關動作后，即Y7得電（見圖1）利用外接時間繼電器KT1、KT2 調(diào)節(jié)起、收弧時間（筆者認為，若采用撥碼開關等輸入設備進行數(shù)據(jù)寫入，則會占大量的輸入端子，不利于壓縮成本）。KT1、KT2的延時閉合觸點分別接PLC的輸入囗X15、X16，通過PLC的內(nèi)置定時器T11分別將起、收弧時間送入寄存器，以便控制步進電機及主軸電機的旋轉(zhuǎn)。 6)回原點程序：由焊接工藝知，焊接開始時需在工件0度，而焊接結(jié)束時的角度為360度加收弧所需的角度值，焊槍位置也是如此。故每個工件焊接之前，需要執(zhí)行回原點操作。本程序中X4（SQ2）為焊槍原點位置。X3（SQ1）為主軸原點（即工件原點），為了節(jié)省輸入點及位置開關，采用了一個光電開關（X5）和指令，用較低頻率使步進電機準確尋找焊槍原點。主軸原點是通過機械原點位置開關X3與程序”原點”MO（即主軸0度時驅(qū)動的輔助繼電器）控制變頻器以爬行狀態(tài)反轉(zhuǎn)尋找。 5、結(jié)語 實踐證明，用PLC、編碼器、步進電機等工控元件制成的自動焊接機，具有可靠性高、準確度高等特點，與市售的焊接機器人等數(shù)控焊接設備相比，更具有價格低廉、操作筒單、運行維護費用低等優(yōu)點，可節(jié)省投資，提高效率。 _ 1鐘肇新,范建東編著.可編程控制器原理及應用.華南理工大學出版社,xx年. 2楊益強,李長虹,江明明合編.控制器件.中國水利水電出版社,xx年. 3周恩濤主