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自动焊接机 FX1S-3OMT,PLC在自动焊接机中的应用

发布时间:2019-02-21 04:44:36 影响了:

  摘要:本文针对某金属制品厂新开发的多款异形花洒的焊接问题,介绍了焊接系统主要设备的控制方法,分析了设备中各种运动、速度及位置的实现方法与编程技巧。   关键词:自动焊接 PLC 步进电机 旋转编码器
  中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2012)01-0052-02
  
  某金属制品厂为了适应竞争日益激烈的市场,满足用户的不同需求,开发出了多款形状各异的花洒。该类产品是用黄铜板冲压后经氩弧焊对焊而成。手工焊接效率低,且无法满足工艺要求。而用焊接机器人或其它高级焊接设备,虽能满足工艺要求,但设备投资太大,对操作工的要求也较高,使得产品缺乏市场竞争力。为此,采用了PLC控制的低成本自动焊接机研制成功,使产品得以顺利上市,取得了较好的经济效益。
  1、焊接机的焊接工艺要求及主要运动
  本设备在焊接工件时,需要满足以下工艺要求:
  (1)焊接速度能调节;
  (2)焊枪与工件在任意位置的夹角尽可能保持不变;
  (3)焊针与焊缝的相对距离必须相同;
  (4)起弧及收弧时间可以调整。
  本设备的主要机械运动如下:
  (1)采用工件转动而焊枪相对固定的方式;
  (2)采用机械仿形法使焊枪能随工件的转动而上下移动;
  (3)主轴电机采用了变频调速,使工件能在一定的范围内匀速转动;
  (4)利用步进电机、滚珠丝杆根据工件角度的变化而驱动焊枪作相应动作。
  2、主要部件的选型
  (1)可编程控制器 因需要将工件旋转的角度通过PLC运算处理后,输出信号控制步进电机,为此需要输出高速脉冲等。故应选择晶体管输出型的PLC。本设备采用了三菱FX1S-3OMT型的PLC。
  (2)步进电机及驱动器 由于是通过了滚珠丝杆带动焊枪动作,负载较轻,对力矩的要求不高,主要应考虑电机运行的稳定性。本设备使用了型号为PK245-2A的步进电机,其步距角为1.8度,电流为0.8A,静力矩为0.3N.m。步进电机驱动器型号为XDL-15,电流为0.2-1.5A,可2-128细分。
  (3)旋转编码器 选用工作电压12至24VDC,每圈脉冲数为1800的光电式旋转编码器,型号为CB一1800HC。该型编码器输出A相、B相和Z相3组信号,其A、B两相相位差为90度。
  3、系统组成及其功能
  本设备由工件驱动机构(包括主轴及拖动电机)、焊枪驱动机构(包括步进电机、驱动器及编码器)及PLC控制部分构成。
  控制功能如下:主轴电机由变频器控制,以拖动工件旋转。通过旋转编码器对主轴的转速及角位移进行测量,得到的数据再经PLC高速处理后,成为步进电机的驱动信号。
  经过回原点操作后,按启动按钮SB1(X6)(I/O分配图见图1,以下同),主轴电机启动,工件旋转。Y7接通T1G开关至起弧结束时断开。步进电机低速反转,驱动焊枪接近相应特征点后,以高速正转通过特征点。经过四次循环至360度时,Y7重新接通至收弧时间结束时断开,焊接过程结束。为方便操作者针对不同规格的产品调整运行参数,特设计了具有自学习功能的调试程序。即当操作者需要对主轴转速、起弧及收弧时间作调整时,只要将调试开关SAO(X11)闭合一个焊接周期即可,此时,各运行参数自动存入PLC中相应的数据寄存器中,以作为自动焊接时的运行参数。
  4、编程关键点
  (1)角度测量:将旋转编码器的A、B相脉冲信号接入PLC的XO、X1输入端,通过高速计数器计录脉冲个数,从而可以测得工件在任意位置的角度。
  (2)各特征点的取得:利用FNC224(触点比较指令)将各特征点的角度值与高速计数器进行比较,从而驱动相应的辅助继电器。
  (3)步进电机驱动器程序:
  1)转向:由图一知,步进驱动器的方向信号由PLC的输出端Y2状态确定,即Y2为ON时电机正转,Y2为OFF时电机反转。
  2)转速:步进电机在0度至40度时,以低速驱动焊枪改变角度,而在40度至50度(即工件转角时),则以一个较快的速度使焊枪在较短的时间内改变一个较大的角度。本程序采用PLSY和PLSR分别输出低频和高频脉冲信号,经试验,低速时采用PLSY指令输出,电机起停对机械造成的冲击较小,不影响焊枪角度的改变。而高速时的冲击不容忽视,所以采用PLSR指令,经反复调试,设定一个合适的加、减速时间,使之平稳起停。
  3)主轴转速的测定:由焊接工艺知,同一种工件在不同的环境下,要求的线速度及起、收弧时间不同,所以主轴转速需作相应调整,而改变主轴转速的同时,也必须对焊枪改变角度的速度作相应的调整,(即改变步进电机的转速)于是对主轴转速的检测就成为必须。笔者采用SPD指令,通过PLC的X2端口检测旋转编码器B相信号在单位时间内的脉冲数来获得主轴转速。
  4)步进电机驱动频率的确定:主轴转速改变的同时,驱动步进电机的脉冲频率也应作相应的改变。笔者采用MOV指令,将SPD所测得的转速值送入寄存器,然后与常数(即机械传动装置的固有关系)运算(MUL、DIV等指令)得出高速和低速时的频率。
  5)起弧时间与收弧时间的确定:T1G信号开关动作后,即Y7得电(见图1)利用外接时间继电器KT1、KT2 调节起、收弧时间(笔者认为,若采用拨码开关等输入设备进行数据写入,则会占大量的输入端子,不利于压缩成本)。KT1、KT2的延时闭合触点分别接PLC的输入囗X15、X16,通过PLC的内置定时器T11分别将起、收弧时间送入寄存器,以便控制步进电机及主轴电机的旋转。
  6)回原点程序:由焊接工艺知,焊接开始时需在工件0度,而焊接结束时的角度为360度加收弧所需的角度值,焊枪位置也是如此。故每个工件焊接之前,需要执行回原点操作。本程序中X4(SQ2)为焊枪原点位置。X3(SQ1)为主轴原点(即工件原点),为了节省输入点及位置开关,采用了一个光电开关(X5)和ALT指令,用较低频率使步进电机准确寻找焊枪原点。主轴原点是通过机械原点位置开关X3与程序”原点”MO(即主轴0度时驱动的辅助继电器)控制变频器以爬行状态反转寻找。
  5、结语
  实践证明,用PLC、编码器、步进电机等工控元件制成的自动焊接机,具有可靠性高、准确度高等特点,与市售的焊接机器人等数控焊接设备相比,更具有价格低廉、操作筒单、运行维护费用低等优点,可节省投资,提高效率。
  参考文献
  [1]钟肇新,范建东编著.《可编程控制器原理及应用》.华南理工大学出版社,2004年.
  [2]杨益强,李长虹,江明明合编.《控制器件》.中国水利水电出版社,2005年.
  [3]周恩涛主编.《可编程控制器原理及其在液压系统中的应用》.机械工业出版社,2003年.
  [4]蔡松主编.《传感器与PLC编程技术基础》.电子工业出版社,2005年.
  [5]汪小澄,袁立宏,张世荣编著.《可编程控制器运动控制技术》.2005年.
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