水泥涵管因強度高、抗壓性好，又耐腐蝕、不易滲漏、生產成本低而被廣泛應用于基礎設施建設和市政建設。影響水泥管道制品的性能和質量的因素，除水泥本身外，很大程度取決于內襯鋼筋骨架的質量。
1問題的提出
滾焊機是砼制品行業(yè)的專用機械設備。目前我國在生產實際使用的滾焊機，一部分完全靠手工操作，生產效率低，產品質量沒有穩(wěn)定保證；一部分采用單片機控制，實現(xiàn)自動變徑生產，提高了生產效率，滿足多品種、多規(guī)格的產品需求，但是在保證螺距精度中仍然靠手工或機械傳動調節(jié)。電機調速采用電磁調速，存在螺距誤差大、滾焊速度和螺距無法隨意調節(jié)、焊點無法跟蹤等問題，仍然未從根本上保障產品質量的穩(wěn)定。
滾焊機螺距自動調節(jié)代替手工操作是水泥制品行業(yè)技術進步的必然要求，本文介紹采用可編程序控制器(PLC)和交流電機變頻調速技術，實現(xiàn)了螺距自動調節(jié)，提高了滾焊機的自動化控制水平。
2自動加工系統(tǒng)的結構及原理
采用PLC和交流電機變頻調速技術的自動加工系統(tǒng)主要由主機控制和變頻器行走控制及焊接控制電路兩部分組成，圖1所示為滾焊機自動控制系統(tǒng)的邏輯功能框圖。
圖1自動控制系統(tǒng)功能邏輯框圖
2.1系統(tǒng)的組成
滾焊機計算機及變頻自動控制系統(tǒng)主要由以下5個部分組成。
1）人機界面
它是控制系統(tǒng)運行的操作平臺，主要顯示工藝參數、操作指令、程序運行監(jiān)控和報警等信息。
2）可編程序控制器
PLC作為系統(tǒng)的控制機用來完成加工中的螺距自動計算和大、小車電機轉速匹配的計算以及各種工藝參數的輸入、修改、故障診斷處理、異常報警等，完成在加工中焊點的檢測和追蹤。其特點是操作方便、通信監(jiān)控容易，保證了產品的精度、質量和系統(tǒng)運行安全。
3）變頻器
選用專用磁通矢量控制、恒轉矩輸出型變頻器（INV）作為花盤與小車電機的驅動器。
4）焊接控制電路
主要完成焊接信號的檢測與傳輸、執(zhí)行PLC發(fā)出的工作指令。
5）通訊接口
采用MODBUS總線通訊方式，用RS485、RS232通訊接口來獲取所有的實時數據和告警信息。
2.2系統(tǒng)工作原理
1）主機控制和變頻器行走控制
系統(tǒng)根據工藝要求輸入螺距寬度和主車花盤的給定轉速，通過計算機自動計算控制螺距小車所行走的距離，并同設定的螺距值進行比較，產生糾偏控制量，經D/F數頻變換后輸出給小車變頻器，自動保證螺距的尺寸不變。當主車花盤轉速發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號，控制小車的速度隨之變化，使設定的螺距值保持不變；當加工工件接近預設的長度時，控制變頻器輸出減小，電機開始減速，達到要求尺寸時發(fā)出停機信號并報警，通知加工結束。
2）焊接控制
焊接電路通過安裝在大盤后的焊接傳感器對焊點進行檢測、跟蹤，PLC根據接收數據（脈沖計數、轉速變化等）信息準確計算，采用脈寬調制控制觸發(fā)雙向可控硅，對焊接電路進行自動控制，實現(xiàn)間斷通電，保證各焊點精確焊接，并通過控制軟件對設定的過載參數進行過載保護，確保焊接質量。
3加工狀態(tài)控制方式
為滿足不同產品生產的需要，系統(tǒng)設有4種加工狀態(tài)控制方式。
1)自動加工狀態(tài)選擇自動加工狀態(tài)時，系統(tǒng)可根據預設定的螺距長度自動完成加工運算和焊接控制，花盤與小車的運行由PLC控制軟件自動識別計算而相互匹配。
花盤轉速人為變化時，小車行走的速度將跟隨變化，保證加工的螺距長度不變。為防止誤操作，在運行過程中工藝參數的改變無效，只有在停機狀態(tài)下修改有效。該狀態(tài)在大批量生產單一產品情況時十分有效。
2)調整加工狀態(tài)選擇調整加工狀態(tài)時，花盤與小車的運行由各自的外部按鍵控制，運行頻率由外部端子給定。該狀態(tài)使用戶可根據實際需要隨意控制花盤與小車的位置，完成上、下料，主車正、反轉，手動點焊及檢修操作等。該狀態(tài)適用于多品種、多規(guī)格產品的生產。
3)手動加工狀態(tài)選擇該狀態(tài)時，花盤與小車的運行相互獨立，運行頻率由各自的外部端子調節(jié)，調節(jié)花盤與小車的運行頻率可改變加工螺距的寬度。該狀態(tài)可滿足用戶對特殊加工的需要。
4)特殊加工狀態(tài)本系統(tǒng)還提供了兩種焊接方式以及特型加工方式可供選擇：①連續(xù)焊接方式，即對每一個焊接點都進行檢測并焊接；②間隔焊接方式，對每一個焊接點都進行檢測，根據需要按設定的焊接間隔點數對所需要焊接的焊點進行焊接；③特型加工，除了正常的直線加工之外，系統(tǒng)還可以對工件進行各種角度的錐度加工，以滿足特型加工要求。
4系統(tǒng)軟件
滾焊機計算機自動加工系統(tǒng)軟件體系分為PWS圖形界面、PLC運算控制程序、INV運行參數和故障診斷及自我保護四部分。軟件運行于系統(tǒng)的各個硬件平臺上，并通過系統(tǒng)通訊軟件和通訊接口，彼此互為配合、互為協(xié)調，交換各種數據及管理、控制信息，來完成整個系統(tǒng)的各種功能。軟件系統(tǒng)的基本流程見圖2。
圖2軟件系統(tǒng)的基本流程
4.1圖形界面
PWS圖形界面采用了Windows風格的畫面，具有簡潔、清晰且完全漢化的特點，具有顯示、設置、控制、告警和幫助等功能。
4.2PLC運算控制程序
PLC運算控制程序是本系統(tǒng)軟件的主體，也是系統(tǒng)運行的核心部分，主要由以下幾部分組成。
1)自動運算程序自動采集運行參數(螺距寬度、工件長度、大車轉速、錐度角等)，自動進行螺距加工、大小車轉速匹配、錐度加工的運算，并將運算結果送至運行程序。
2)運行程序包括自動運行、手動運行和調整運行程序，采集系統(tǒng)參數及加工參數，根據實際工藝要求發(fā)出控制指令，控制系統(tǒng)運轉，此部分程序是整個軟件體系的重點部分。
3)焊接控制程序檢測傳感信號，焊點自動追蹤，控制焊接電路的動作(手動點焊、連續(xù)焊接)，調節(jié)焊接電流大小，滿足生產工藝要求。
4)報警程序采集各個設備的故障檢測信號，發(fā)出告警信息，將故障信息在人機界面中顯示出來，同時自動保護。
5)通訊程序實現(xiàn)各設備、器件之間的數據傳輸、信號傳遞等。
4.3INV參數
變頻器INV的功能參數包括用戶參數，基本參數，操作方式參數和輸入、輸出功能參數等多個參數群，用戶可根據實際工藝要求設定參數值。
4.4故障診斷及保護
本系統(tǒng)有較完善的自我診斷和保護功能，在系統(tǒng)的各個階層（PLC及INV）進行實時故障診斷，將告警信息及故障信息通過通訊方式在人機界面中顯示，并提示相應的故障處理方法。
報警形式可分為告警性報警和故障性報警，必要時輔以聲光報警，操作者可根據情況處理。系統(tǒng)可檢測到的報警包括有系統(tǒng)執(zhí)行時間逾時、不合法指令、過電壓、過電流、低電壓和外部異常中斷等。
5結論
采用上述系統(tǒng)對HG型排水管滾焊機進行技術改造，經實際使用證明其具有以下優(yōu)點。
1)可靠性高系統(tǒng)采用人機界面(PWS)、可編程控制器和恒轉矩變頻器等比較先進的控制設備作為系統(tǒng)的主體，采用了模塊化的焊接控制電路及焊接自動檢測、追蹤程序，并用通訊方式實現(xiàn)數據傳輸，保證了系統(tǒng)極高的可靠性。
2)自動化程度高采用PLC作為系統(tǒng)運算、控制的中心，實現(xiàn)螺距加工自動運算和全自動控制加工過程，通過選擇不同加工狀態(tài)控制方式，可加工多種規(guī)格及特殊規(guī)格的產品，加工中只需重新設置相應的加工參數即可，且加工精度高、產品一致性好。
3)操作安全簡便采用液晶屏全漢化人機界面，以人機對話的方式進行參數設置、運行控制，對發(fā)生的故障進行監(jiān)視、報警、分析、顯示故障代碼、分析故障原因、提示處理方法，操作安全、直觀、簡便，徹底改變以往手動加工中眼觀手調的控制方式，降低勞動強度，提高了勞動生產率。
4)維修方便以往用交流接觸器和中間繼電器等傳統(tǒng)的執(zhí)行電器，控制電路復雜、故障率較高、維修保養(yǎng)難度大，本系統(tǒng)運用PLC，采用通訊方式實現(xiàn)電氣控制，線路簡單、故障率低，易維修保養(yǎng)。
5)節(jié)能效果好通過焊點跟蹤、脈寬調制觸發(fā)焊接方式，變頻調速優(yōu)化電機功率輸出，節(jié)能達35%以上。
1問題的提出
滾焊機是砼制品行業(yè)的專用機械設備。目前我國在生產實際使用的滾焊機，一部分完全靠手工操作，生產效率低，產品質量沒有穩(wěn)定保證；一部分采用單片機控制，實現(xiàn)自動變徑生產，提高了生產效率，滿足多品種、多規(guī)格的產品需求，但是在保證螺距精度中仍然靠手工或機械傳動調節(jié)。電機調速采用電磁調速，存在螺距誤差大、滾焊速度和螺距無法隨意調節(jié)、焊點無法跟蹤等問題，仍然未從根本上保障產品質量的穩(wěn)定。
滾焊機螺距自動調節(jié)代替手工操作是水泥制品行業(yè)技術進步的必然要求，本文介紹采用可編程序控制器(PLC)和交流電機變頻調速技術，實現(xiàn)了螺距自動調節(jié)，提高了滾焊機的自動化控制水平。
2自動加工系統(tǒng)的結構及原理
采用PLC和交流電機變頻調速技術的自動加工系統(tǒng)主要由主機控制和變頻器行走控制及焊接控制電路兩部分組成，圖1所示為滾焊機自動控制系統(tǒng)的邏輯功能框圖。
圖1自動控制系統(tǒng)功能邏輯框圖
2.1系統(tǒng)的組成
滾焊機計算機及變頻自動控制系統(tǒng)主要由以下5個部分組成。
1）人機界面
它是控制系統(tǒng)運行的操作平臺，主要顯示工藝參數、操作指令、程序運行監(jiān)控和報警等信息。
2）可編程序控制器
PLC作為系統(tǒng)的控制機用來完成加工中的螺距自動計算和大、小車電機轉速匹配的計算以及各種工藝參數的輸入、修改、故障診斷處理、異常報警等，完成在加工中焊點的檢測和追蹤。其特點是操作方便、通信監(jiān)控容易，保證了產品的精度、質量和系統(tǒng)運行安全。
3）變頻器
選用專用磁通矢量控制、恒轉矩輸出型變頻器（INV）作為花盤與小車電機的驅動器。
4）焊接控制電路
主要完成焊接信號的檢測與傳輸、執(zhí)行PLC發(fā)出的工作指令。
5）通訊接口
采用MODBUS總線通訊方式，用RS485、RS232通訊接口來獲取所有的實時數據和告警信息。
2.2系統(tǒng)工作原理
1）主機控制和變頻器行走控制
系統(tǒng)根據工藝要求輸入螺距寬度和主車花盤的給定轉速，通過計算機自動計算控制螺距小車所行走的距離，并同設定的螺距值進行比較，產生糾偏控制量，經D/F數頻變換后輸出給小車變頻器，自動保證螺距的尺寸不變。當主車花盤轉速發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號，控制小車的速度隨之變化，使設定的螺距值保持不變；當加工工件接近預設的長度時，控制變頻器輸出減小，電機開始減速，達到要求尺寸時發(fā)出停機信號并報警，通知加工結束。
2）焊接控制
焊接電路通過安裝在大盤后的焊接傳感器對焊點進行檢測、跟蹤，PLC根據接收數據（脈沖計數、轉速變化等）信息準確計算，采用脈寬調制控制觸發(fā)雙向可控硅，對焊接電路進行自動控制，實現(xiàn)間斷通電，保證各焊點精確焊接，并通過控制軟件對設定的過載參數進行過載保護，確保焊接質量。
3加工狀態(tài)控制方式
為滿足不同產品生產的需要，系統(tǒng)設有4種加工狀態(tài)控制方式。
1)自動加工狀態(tài)選擇自動加工狀態(tài)時，系統(tǒng)可根據預設定的螺距長度自動完成加工運算和焊接控制，花盤與小車的運行由PLC控制軟件自動識別計算而相互匹配。
花盤轉速人為變化時，小車行走的速度將跟隨變化，保證加工的螺距長度不變。為防止誤操作，在運行過程中工藝參數的改變無效，只有在停機狀態(tài)下修改有效。該狀態(tài)在大批量生產單一產品情況時十分有效。
2)調整加工狀態(tài)選擇調整加工狀態(tài)時，花盤與小車的運行由各自的外部按鍵控制，運行頻率由外部端子給定。該狀態(tài)使用戶可根據實際需要隨意控制花盤與小車的位置，完成上、下料，主車正、反轉，手動點焊及檢修操作等。該狀態(tài)適用于多品種、多規(guī)格產品的生產。
3)手動加工狀態(tài)選擇該狀態(tài)時，花盤與小車的運行相互獨立，運行頻率由各自的外部端子調節(jié)，調節(jié)花盤與小車的運行頻率可改變加工螺距的寬度。該狀態(tài)可滿足用戶對特殊加工的需要。
4)特殊加工狀態(tài)本系統(tǒng)還提供了兩種焊接方式以及特型加工方式可供選擇：①連續(xù)焊接方式，即對每一個焊接點都進行檢測并焊接；②間隔焊接方式，對每一個焊接點都進行檢測，根據需要按設定的焊接間隔點數對所需要焊接的焊點進行焊接；③特型加工，除了正常的直線加工之外，系統(tǒng)還可以對工件進行各種角度的錐度加工，以滿足特型加工要求。
4系統(tǒng)軟件
滾焊機計算機自動加工系統(tǒng)軟件體系分為PWS圖形界面、PLC運算控制程序、INV運行參數和故障診斷及自我保護四部分。軟件運行于系統(tǒng)的各個硬件平臺上，并通過系統(tǒng)通訊軟件和通訊接口，彼此互為配合、互為協(xié)調，交換各種數據及管理、控制信息，來完成整個系統(tǒng)的各種功能。軟件系統(tǒng)的基本流程見圖2。
圖2軟件系統(tǒng)的基本流程
4.1圖形界面
PWS圖形界面采用了Windows風格的畫面，具有簡潔、清晰且完全漢化的特點，具有顯示、設置、控制、告警和幫助等功能。
4.2PLC運算控制程序
PLC運算控制程序是本系統(tǒng)軟件的主體，也是系統(tǒng)運行的核心部分，主要由以下幾部分組成。
1)自動運算程序自動采集運行參數(螺距寬度、工件長度、大車轉速、錐度角等)，自動進行螺距加工、大小車轉速匹配、錐度加工的運算，并將運算結果送至運行程序。
2)運行程序包括自動運行、手動運行和調整運行程序，采集系統(tǒng)參數及加工參數，根據實際工藝要求發(fā)出控制指令，控制系統(tǒng)運轉，此部分程序是整個軟件體系的重點部分。
3)焊接控制程序檢測傳感信號，焊點自動追蹤，控制焊接電路的動作(手動點焊、連續(xù)焊接)，調節(jié)焊接電流大小，滿足生產工藝要求。
4)報警程序采集各個設備的故障檢測信號，發(fā)出告警信息，將故障信息在人機界面中顯示出來，同時自動保護。
5)通訊程序實現(xiàn)各設備、器件之間的數據傳輸、信號傳遞等。
4.3INV參數
變頻器INV的功能參數包括用戶參數，基本參數，操作方式參數和輸入、輸出功能參數等多個參數群，用戶可根據實際工藝要求設定參數值。
4.4故障診斷及保護
本系統(tǒng)有較完善的自我診斷和保護功能，在系統(tǒng)的各個階層（PLC及INV）進行實時故障診斷，將告警信息及故障信息通過通訊方式在人機界面中顯示，并提示相應的故障處理方法。
報警形式可分為告警性報警和故障性報警，必要時輔以聲光報警，操作者可根據情況處理。系統(tǒng)可檢測到的報警包括有系統(tǒng)執(zhí)行時間逾時、不合法指令、過電壓、過電流、低電壓和外部異常中斷等。
5結論
采用上述系統(tǒng)對HG型排水管滾焊機進行技術改造，經實際使用證明其具有以下優(yōu)點。
1)可靠性高系統(tǒng)采用人機界面(PWS)、可編程控制器和恒轉矩變頻器等比較先進的控制設備作為系統(tǒng)的主體，采用了模塊化的焊接控制電路及焊接自動檢測、追蹤程序，并用通訊方式實現(xiàn)數據傳輸，保證了系統(tǒng)極高的可靠性。
2)自動化程度高采用PLC作為系統(tǒng)運算、控制的中心，實現(xiàn)螺距加工自動運算和全自動控制加工過程，通過選擇不同加工狀態(tài)控制方式，可加工多種規(guī)格及特殊規(guī)格的產品，加工中只需重新設置相應的加工參數即可，且加工精度高、產品一致性好。
3)操作安全簡便采用液晶屏全漢化人機界面，以人機對話的方式進行參數設置、運行控制，對發(fā)生的故障進行監(jiān)視、報警、分析、顯示故障代碼、分析故障原因、提示處理方法，操作安全、直觀、簡便，徹底改變以往手動加工中眼觀手調的控制方式，降低勞動強度，提高了勞動生產率。
4)維修方便以往用交流接觸器和中間繼電器等傳統(tǒng)的執(zhí)行電器，控制電路復雜、故障率較高、維修保養(yǎng)難度大，本系統(tǒng)運用PLC，采用通訊方式實現(xiàn)電氣控制，線路簡單、故障率低，易維修保養(yǎng)。
5)節(jié)能效果好通過焊點跟蹤、脈寬調制觸發(fā)焊接方式，變頻調速優(yōu)化電機功率輸出，節(jié)能達35%以上。
