基于PLC的雙工位自動焊接設備控制系統設計研究

廖廣益

摘要：基于PLC控制程序，該文針對雙工位自動式焊接設備的控制系統設計策略，從整體設置、系統控制規劃、PLC控制程序設置這三個方面展開探究分析，以期能夠為開展雙工位自動焊接設備控制系統的設計工作，提供參考性建議。

關鍵詞：雙工位;自動焊接設備;控制系統

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）20-0153-02

本文針對雙工位自動焊接設備控制系統展開研究分析，從中總結設計經驗與方法。在設計該系統的過程中，通過采取科學合理的設計方式，能夠提高自動焊接設備的生產效率，提高焊接生產的安全性，確保焊接質量。因而針對自動焊接機控制系統的設計策略進行探究分析，有著極大的必要性與現實意義。

1 整體設置

根據該公司需求所設計制造的自動焊接機設備，其硬件主要由以下部分組成，分別是：焊接操作機、焊臂、焊槍、控制箱、供絲機、焊機、控制面板以及雙工位變位機。相關工作人員通過中央控制器進行管理，軟件系統能夠實現對上述硬件的統一式管控，確保管和法蘭之間的全自動焊接效果。

通常情況下，雙工位自動式焊接機主要具備以下兩種功能，一種是全自動有效定位焊槍;另一種是利用雙變位機，自動有效定位需要焊接的多個法蘭管之間的連續式焊接。該設備主要采取連續焊接方法，通過雙變位機來輪流定位工件。在工作模式方面主要包括三種，分別是自動焊接、手動焊接以及單循環焊接方式。

根據自動焊接設備的功能要求，其控制系統功能在于運用PLC軟件技術，來對各步進電機、伺服電機等實施啟停、位置管控等操作，人機界面則用來進行指令發送、監測硬件狀態[1]。

2 系統控制規劃

2.1 硬件類型、系統功用設置

按照該自動焊接設備控制系統的結構情況、可靠性規定，再針對現階段的PLC類型進行比較，相關技術操作人員需要使用合適的PLC型號，要保證該PLC型號當中擁有RS-232與RS-485兩種類型的通訊口;并搭配相關人機界面，以及定位模塊、模擬混合輸入輸出模塊、輸入點拓展模塊共同進行操作運行。

按照該自動式焊接機的功能需要，在移動定位焊槍的過程中，應當借助X、Y、Z三軸傳動系統來共同實施準確控制。第一步焊臂需要采取伸縮結構，通過運用交流伺服電機閉環操控的形式來確?？刂凭?，以此提升焊接操作的通用性與速度。其次，在微調焊槍角度時應當保證精確程度，同樣需要通過伺服電機進行閉環處理;在此當中雙變位機需要在X軸上進行左右移動，通過變位機翻轉來控制好焊接角度。接下來，在開展焊槍定位作業期間，應當針對焊接操作設備與焊臂，分別開展上下90cm、前后60cm的運動試驗;在此期間并不需要保持太高的精度，因此只需要使用兩個步進電機進行開環控制即可[2]。

2.2 整體操控設計

通過研究分析該自動式焊接機控制系統可知，其組成部分主要包括以下四種，分別是PLC軟件、觸摸屏、伺服系統以及步進電機控制系統，據此確保整個系統實現常規運轉。在此當中觸摸屏可作為系統內的顯示單元、輸入單元，可以有效顯示出當下和以往的故障預警信息。而PIC則是該系統中的控制中心，其運行原理主要是通過觸摸屏部分來獲取工作形式、型號的選擇等指示，接下來依靠運算分析把指令傳送到各個控制單元內。除了四大主要部分與功能模塊之外，為了確保焊接工作常規穩定運轉，還要注重保證外圍設備和相關部件可以同時運行，比如其中的繼電器裝置、蜂鳴器設備、三色指示燈、電源開關和位移傳感器。

在該控制系統當中DI端口主要用于輸入操作機、焊臂、焊槍和變動機動作等相關數據，用于輸入系統極限位置限位開關信息;而AI端口則用于輸入焊機設備電位器的電壓值、走絲機電位器電壓值;AO端口用于管控自動調節輸出、走絲機自動調劑輸出信息;DO端口用于管控操作設備的前后位移距離、焊臂上下位移距離、焊臂擺動距離、變位機自轉頻率等數據。

除此之外，在該系統的人機信息交流方面，需要實現人機界面按照所完成的指示實施傳輸，并根據設備的具體運行情況實施監控。在此當中要注重運用與之相應合適的PLC型號以及RS-232通訊口，采取串行通信方式進行連接，注重選擇COM2通訊端口;將PLC和觸摸屏的通訊速率全部設定為9600B，并將數據位設定為7Bit/s，停止位設定為1Bit/s。

2.3 位置管控分析運算

控制系統中的重點部分在于準確定位焊槍位置，在PU單軸定位模塊當中能夠有效控制伺服電機，使變位機能夠在X軸方向進行左右位移。而在臺達PU單軸定位模塊內，最大程度上能夠達到180KPPS的脈沖輸送速率，其中擁有6種行程操控方式，每1個PU單軸模塊能夠控制1軸伺服驅動系統。除此之外，該模塊能夠按照操作人員輸入系統的設備參數、所需動作的速度及其位置，在收到脈沖指令之后，將其傳送至伺服驅動器裝置內;接下來便可以依靠驅動器來繼續操控電機轉動，從而直達指定位置。其設備參數計算公式如下：

[Δl=ΔsPf=PB×1/nPf]

在該公式當中，△l表示每座反饋脈沖工作臺的移動長度，△s表示電機轉1圈時工作臺的移動長度，Pf表示反饋脈沖，PB表示螺桿的螺距長度，1/n表示減速比例。

在計算出設備參數結果之后，該模塊可以借助設備參數、速度參數以及距離參數，從而運算出所需脈沖指示的數量及頻率。

表示其單位的方式可分為兩種，在該系統當中需要將距離作為表示單位，其運算公式為：

[A=LΔs/f0=L×f0Δs=L×PfΔs×1電子齒輪比]

在該公式當中，A表示移動距離L所需的脈沖數，單位為P/s，L表示變位機左右移動的長度。

3 PLC控制程序設置