圖1　側(cè)墻板與側(cè)墻立柱連接的焊點分布
1—小車步進方向　2—全自動焊接步進路線
2—龍門架步進運行方向　4—側(cè)墻立柱　5—側(cè)墻板　6—焊點

2　控制系統(tǒng)組成

2．1　焊接裝置
　　焊接控制裝置由焊接變壓器、焊接電極、主電力回路和點焊控制器等組成。焊接變壓器是原東德海林道夫提供的，型號為VPA2×160。采用單面點焊技術(shù)。每臺變壓器都安裝有兩個電極，一個焊接極，一個輔助電極（盲極），分別由液壓裝置驅(qū)動其升降。
　　一臺變壓器的焊接回路原理如圖2所示，其中V1、V2為主電力開關(guān)。焊接循環(huán)和焊接規(guī)范的控制采用上海產(chǎn)的Medweld.200S電阻焊控制器，它是一種采用Z180微處理器控制的單相電阻焊控制器，它不僅控制性能優(yōu)良，還提供有啟動焊接（300—01、300—02）、焊接結(jié)束（902）、故障/報警（903）等信號，且易與PLC輸入/輸出接口。

圖2　焊接回路原理圖

2．2　龍門架運行系統(tǒng)
　　原東德的龍門架運行系統(tǒng)采用直流電動機調(diào)速，電路復(fù)雜，改造后的龍門架運行系統(tǒng)采用富士G9系列變頻器帶動一個四極三相異步電動機，再通過減速器、傘齒輪到龍門架兩側(cè)的傳動工作軸上，通過變頻器的輸出可進行無級調(diào)速。目前調(diào)定的速度有三種：即快速（50Hz）、慢速（30Hz）和減速（20Hz）。
　　圖3為龍門架運行機構(gòu)的電路原理圖。圖中FRENIC 5000G9S變頻器提供了易與PLC輸入輸出端的接口信號，有正轉(zhuǎn)（302）、反轉(zhuǎn)（303）、速度選擇1（304）、速度選擇2（305）、變頻器故障/報警和變頻器運行（J5）等信號。
2．3　其它輔助裝置
　　包括液壓控制裝置、冷卻水、風(fēng)機系統(tǒng)、故障檢測和保護系統(tǒng)等。液壓控制裝置由一個三位四通電磁閥、雙止回閥、壓力繼電器、減壓閥、壓力表組成，其任務(wù)是控制電極升降和調(diào)節(jié)電極壓力。
　　冷卻水、風(fēng)機系統(tǒng)用來冷卻焊接變壓器和主電力器件V1、V2，并利用流量傳感器檢測水量信號，只有這些信號正常時才允許自動焊接。
　　故障檢測信號包括變頻器故障、PLC故障、焊接控制系統(tǒng)故障等，當(dāng)其中任一故障出現(xiàn)時都將引起自動焊接程序的終止。

圖3　龍門架運行原理圖

2．4　PLC控制系統(tǒng)
　　根據(jù)設(shè)備原有的功能和改造后新加入的功能，該控制系統(tǒng)共有70個輸入點，42個輸出點，所以選擇日本OMRON（立石）公司的C200H模塊式可編程控制器，并匹配輸入、輸出模塊。一臺 C200H的CPU模塊可擴兩臺擴展裝置，母板單元分十槽、八槽和五槽，系統(tǒng)最多可提供480個輸入/輸出點。C200H系統(tǒng)內(nèi)部有九類繼電器單元，內(nèi)部輔助繼電器單元3536個，定時/記數(shù)器512個，采用梯形圖編程，指令系統(tǒng)豐富、編程方便，還具有數(shù)據(jù)處理和運算指令。
　　根據(jù)要求，該PLC系統(tǒng)由一個10槽母板、一個CPU模塊、5個ID212輸入模塊（每塊16點）、2塊OC225繼電器輸出的輸出模塊（每塊16點）、1塊ID212晶體管OC門的輸出模塊（16點）和1塊OC224獨接點（不互相共地，共8點）的繼電器輸出的輸出模塊所組成，各模塊在母板的分布如圖4所示。各模塊的地址與安裝在母板插槽的位置有關(guān)，它們之間可以互換。各模塊的類型、地址安排（通道號+通道內(nèi)順序號）、以及外接器件的類型和作用如表1和表2所示。
　　表1中所有輸入模塊的型號均為ID212，其中005通道中，龍門架軌跡選擇開關(guān)根據(jù)側(cè)墻立柱的距離的不同有兩種選擇，實質(zhì)上是選擇龍門架的其中一組步進距離的光電開關(guān)進行位置檢測。小車軌跡選擇和焊點數(shù)選擇相配合，以選擇每根側(cè)墻立柱所需的焊點數(shù)。小車步進距離的檢測是由兩組接近開關(guān)組成的。當(dāng)選擇上軌跡時，實際是選擇其中一組接近開關(guān)進行位置檢測，此時可選焊點數(shù)為40和32；選擇下軌跡時可選焊點數(shù)為44、36和28點。

圖4　C200H模塊式PLC的I/O模塊分布

表1　輸入信號分配表

作　　用

表2　輸出信號分配表

作　　用

　　根據(jù)該系統(tǒng)的要求，通過分析，可把側(cè)墻龍門式雙頭自動點焊機的PLC控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)分為手動、自動和故障三種狀態(tài)。由于系統(tǒng)中相互連鎖關(guān)系較多，動作循環(huán)過程較復(fù)雜。通過對其原理、動作順序進行深入剖析可將整個系統(tǒng)的PLC控制軟件設(shè)計分為手動、自動、故障處理、顯示驅(qū)動和綜合輸出驅(qū)動模塊來解決。各模塊間的關(guān)系如圖5所示。

圖5　控制軟件的組成

　　手動部分主要用于焊前調(diào)整，其主要功能包括小車左右行、龍門架前后慢行、龍門架前后快行、電極升降、水泵、風(fēng)機運行等。
　　故障部分主要用于焊機某一部分出現(xiàn)故障時。首先鎖定自動焊接程序，使焊接過程不可進行，同時允許某些手動功能的運行，以便進行相應(yīng)的調(diào)試和維修，使故障的排除更加方便。
　　顯示屏驅(qū)動模塊是用戶的指示界面，它主要的功能是用來顯示每塊墻板的焊點數(shù)計數(shù)和所焊工件數(shù)計數(shù)。
　　綜合輸出模塊是手動功能和自動功能的最終驅(qū)動模塊，手動功能和自動功能的程序模塊中利用PLC的內(nèi)部資源作為中間繼電器，來記憶程序運行的各種中間狀態(tài)。綜合輸出模塊的輸出是根據(jù)這些中間繼電器的狀態(tài)在每個掃描周期內(nèi)進行刷新。
　　自動功能是整個控制軟件中最為復(fù)雜的一部分，也是整個軟件設(shè)計的重點，圖6給出了自動功能簡化的狀態(tài)流程圖。其主要動作順序的特點是在龍門架步進運行循環(huán)中包含小車步進運行的循環(huán)而實現(xiàn)逐個側(cè)墻立柱和逐個焊點的全自動焊接過程。全自動焊接的結(jié)束條件是龍門架前行到達前行的極限位置后，龍門架快回到原位停止。

圖6　全自動焊接功能狀態(tài)流程圖

4　結(jié)束語

　　用C200H可編程控制器對進口全自動側(cè)墻雙頭龍門點焊機進行技術(shù)改造后，并經(jīng)投入使用兩年多的實踐證明，工作可靠、性能優(yōu)良。且改造后的元器件替代容易方便，用戶反應(yīng)良好。由此證明，用可靠性高、編程容易的PLC對一些早期進口的設(shè)備的電器控制系統(tǒng)進行改造是提高設(shè)備運行效率和利用率的一種行之有效的方法?！?/P>

作者單位：于有生(武漢交通科技*，湖北，430063)
　　　　　鄒玉恒（(武漢凱奇公司)

參考文獻：

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［2］鄭瑜平等.可編程控制器.北京：航空航天*出版社.1995
［3］黎康保等.微機控制電阻點焊質(zhì)量探討.電焊機，1987(5)
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