PLC与TP04G控制铜铝管焊机的应用.pdf

第 7期 2 0 1 1 年 7月 机 械 设计 与 制造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t ur e 1 4 1 文苹编 号 1 0 0 1 - 3 9 9 7 2 0 1 1 0 7 0 1 4 1 0 2 P L C与 T P 0 4 G控制铜铝管焊机的应用 术 孙泰礼 张 悦 李启东 左丽娜 张希川t 沈阳工业大学 材料科学与工程学院， 沈阳 1 1 0 8 7 0 沈阳工业大学 机械工程学院 ， 沈阳 1 1 0 8 7 0 。 沈阳东北制药装备制造安装有限公司， 沈阳 1 1 0 0 2 6 Ap p l i c a t i o n o f PL C a n d TP 0 4 G i n c o n t r o l l i n g wel d i n g ma c h i n e O f c o p p er p i p e a n d AI u mi n u m Pi p e S U N T a i - l i l , Z HA N G Y u e 2 , L I Q i - d o n g ， Z U O L i n a 3 , Z H A N G X i c h u a n S c h o o l o f Ma t e r i a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， S h e n y a n g 1 1 0 8 7 0 ， C h i n a 2 S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， S h e n y a n g 1 1 0 8 7 0 ， C h i n a S h e n y a n g N o r t h e a s t P h a r ma c e u t i c a l E q u i p m e n t B u i l d i n g a n d I n s t a l l a t i o n C o m p a n y ， S h e n y a n g 1 1 0 0 2 6 ， C h i n a ； 【 摘要】 由于原材料价格上涨， 生产成本随 之提高， 制冷行业中 “ 铝代铜” 成为发展趋势。制冷管 }路中要有铜铝管接头， 主要制造方法为焊接， 其中电阻焊质量较好。铜铝管焊接一般采用专用焊接设 ；备， 对焊接参数的控制要求较高。 在原有基础上， 采用2 0 E X可编程控制器P L C与T P 0 4 G文本显示器相 }结合， 精确控制铜铝管焊接中的发热量。实际生产表明电源电压在 3 8 0 V的 l 5 ％ 波动以及焊接回路温 l度在 2 0 ～ 9 0 ℃范围内， 控制系统可使焊接发热量稳定在 5 ％以内。 } 关键词 P L C； 文本显示器； 铜管； 铝管； 焊接 l 【 A b s t r a c t 1 Wi th i n c r e a s i n g o f r a w m a t e r ia l p r ic e a n d p r o d u c t i o n c o s t as w e ll ， t o e m p l o y al u m i n u m } p ip e i n s t e a d o f c o o p e r p ip e i n i g e r at i o n fi e ld h a s b e c o m e t h e t r e n d ．in t h e r e f r ig e r at i n g l o o p ， C u - A I p ip e l j o i n t s a v e a v a i l a b l e to b e c o n n e c te d b y w e ld i n g ， in w h i c h t h e r e s i s t a n c e w e l d i n g s 口 b e t t e r w a y ． U S u al 1 - 。 s p e c i al w e l d i n g m a c h i n e i s ado p t e d f o r w e l d i n g C u - A L p i p e s f o r t h e i r h i g h r e q u i r e m e n t i n c o n t r o l l i n g } w e l d i n g p a r a m e t e r s ． O n t h e b as e of o r ig i n al ， 2 0 E X P L C a n d T P O 4 G t e x t p a n e l ar e e m p l o y e d t o c o n tr o l th e ；h e a t g e n e r at i n g a c c u r at e i n t h e w e ld i n g ofc o p p e r p ip e a n d al u m i n u m p ip e ．I n p r act ic e ， th e h e a t g e n e r a t in g } f o r w e l d i n g c a n b e r e s t r i c t e d w i t h i n 5 ％， w h e n t h e p o w e r v o l t a g e i s 3 8 0 V l 5 ％ a n d t h e t e m p e r a t u r e of ； w e l d i n g c i r c u i t i s i n th e r a n g e of 2 0 - 9 0 C ． ． ； K e y w o r d s P L C ； T e x t d i s p l a y ； C o p p e r p ip e ； A l u mi n u m p i p e ； We l d 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 1引言 在制冷行业中， 铜铝管可替代全铜管， 用于制造系统管路， 从 而节约铜资源， 降低生产成本， 提高市场竞争力。 近年来， 多种因素 影响， 铜价格呈上涨趋势。 2 0 0 5年， 在3万元， t 至 4 万元／ t 之间， 而 在 2 0 0 6年初已超过 4 ．5万元， t ， 年中最高接近 8 ． 5 万元／ l ， 现维持在 5 6 万元／ t 左右。“ 铝代铜” 已成为制冷行业乃至其他行业的发展 趋势 ， 如今市场上已有一定比例的制冷电器采用了铜铝管技术。 自2 0世纪 5 0年代， 前苏联、 日本、 意大利等国相继出现铜铝管焊 接技术， 国内自上世纪 8 0年代以来， 相继出现铜铝管的爆炸焊、 摩 擦焊、 闪光焊、 储能焊及电阻焊等技术， 其中电阻焊是国内外公认 的较好的铜铝管焊接技术 。采用台达 2 0 E X型P L C控制铜铝管 对焊机， 即可使焊接实间参数控制精度达 0 ． 0 0 1 s ， 又可以通过模拟 量处理精确控制焊接发热量， 以保证焊接质量。采用T P 0 4 G文本 显示器进行时间数据调整和焊接过程监控。 2铜铝管焊接过程 铜铝管焊接示意图， 如图1 所示。 焊接开始后， 钳口通过压紧气 缸将铜管和铝管夹紧； 而后推进气缸使铜管向铝管移动； 当铜管与 铝管接触后， 接通焊接回路， 铜铝管间将产生大电流， 使铜管和铝管 接触面上发热升温， 开始顶锻， 直到铝管将铜管锥面全部包住停止 顶锻， 并切断焊接回路， 停止电流加热； 待铜铝管接头连接牢固后， 压紧 气缸退回， 下料， 推进饥陶 退回， 准备下次焊接。 铜铝管焊接的控制 系统， 如图2 所示。铜铝管焊接电流调节是通过两只晶闸管反向并 联进行交流调压来实现的。焊接过程由可编程控制器 P L C控制。 ★ 来稿 日 期 2 0 1 0 0 9 1 6-h “ 基金项目 辽宁省教育厅高校科研基金项目 2 0 2 0 6 3 3 0 0 ～ 艄 - - ． -_1 风 冷 图 1铜铝管焊接示意图 1 4 2 孙泰礼等 P L C与 T P 0 4 G控制铜铝管焊机的应用 第 7期 图2铜铝管焊接的控制系统 发热量对焊接质量影响较大， 必须严格控制。 铜铝管焊过程 中发热量Q籼 K R l aT [ 2 ] 1 j I 尺 l⋯ ‘ “ 式中 R 铜铝管接触电阻； 一电源输入电压 ； 接时间 ； K J 焊接线圈匝数比； R 广_ 0 ℃时的电阻； 0 广 _ _ 系数； 圈 温度； 一导通角。 Q的设定值是在 U i 3 8 0 V， T 2 0 ％的情况下由0 给出， 但在 铜铝管焊接过程中， 由式 1 可知， 和 这 2 个因素会影响焊接发 热量。焊接设备连续工作时， 焊接回路温度上升， 导致电阻增大， 焊 接发热量减小。电网电压的波动是难以避免的， 也容易使焊接发热 量产生波动。通过导通角0 可以调整发热量， 在焊接回路电阻和电 网电压变化时， 应对 0 进行补偿， 可保持 Q恒定。采用补偿后， 在每 次焊接前的瞬间，将焊接回路温度和电网电压测量并传送给 P L C ， 经识别与计算， 做出相应调整， 从而使每次焊接发热量 Q趋于稳定。 3控制系统总体设计 I 测温 N l 型晕 l 报警 待机 j[二 踏 启动 [ 压紧 一 推进 二 ] [ 二 。值 通电焊接l 二][二 二 断电冷却I 二]匕 松开退回 J 图 3 P L C控制流程图 采用 P L C和T P 0 4 G显示器作为控制系统， 控制流程， 如图3 所示。 其中， 主要功能是完成焊接过程及线圈冷却， 辅助功能主要 是保护功能， 如冷却水压、 执行气压、 人为急停等， 此处省略。 线圈 温度低于4 0 ℃时， 采用普通水循环冷却； 在 4 0 ～ 7 0 ℃时， 启动风 扇进行风冷； 在 7 O 一 9 0 c c 时， 再启动水泵进行强制水冷； 超过 9 0 ％时， 停止焊接并报警。 选用 D e l t a 的D V P E X 2 0 型P L C ， 其特 点是 自身带有 4 路模拟量输入和2路模拟量输出 [1 O l。焊接过程 中， 焊接回路温度 T由热电偶及温度变送器测得并转换为标准信 号C o 1 0 V送入 P L C ； 电源电压 由电压表测得并转换为标准 信号 4 2 0 m A送入P L C， 导通角 0 设定是T P 0 4 G送入 P L C 。 U和 有变化时， 经过 P L C计算 ， 将导通角 0以标准信号 0 - 1 0 V送入晶闸管触发板， 从而使焊接过程中的发热量趋于恒定， 保证铜铝管焊接质量。 4发热量的控制 焊接回路零件均为铜材料， 从C 0 ～ 1 o 0 o C 其电阻率要增大近 4 5 ％， 在焊接生产中， 温度会上升， 电阻率会增大， 从而使电流减 小， 影响焊接质量 ， 必须进行精确控制， 这和线圈冷却同时进行 的， 因为温度升高， 电阻增大， 使焊接电流减小 ， 此时要增大晶闸 管导通角， 焊接电流虽然可保持稳定， 但线圈温升加快， 而进入恶 性循环。 所以必须加强冷却 ， 抑制线圈温升。 上述温度均为焊接线 圈表面温度， 内部温度要更高。由试验可得保持 U 3 8 0 v， 焊接 q 5 8 x l 铜铝管时， 0 与 T的关系， 如表 1 所示。 假设受电网影响 在 3 8 0 V 1 5 ％ 约 6 O V 的范围内波动， 则 Q的波动范围为 3 2 ． 2 5 ， 将影响铜铝管焊接质量稳定。所以 要使 Q恒定， 可在焊接前测量 ， 经计算对 0 做出调整。由试验可 得， 保持 T 2 0 C， 焊接q 5 8 x l 铜铝管时， 0 与 的关系， 如表 2 所示。 由于 0 与 在数值 匕 相差较大， 为方便计算将 除以2 0 0 。 表 1铜铝管焊接中的 对应值 表 2铜铝管焊接中的 对应值 根据表 1 和表 2中的数据， 采用三次样条插值法， 分别得出 一 和 0 - U的插值关系式， 计算中将 全部除以 1 0 ， 在数值上与 导通角接近， 方便计算。 ，、1 0 ． 0 0 2 5 r - Z 0 ． 0 4 1 5 T - 2 1 ． 7 8 4 ， T e [ 2 ， 3 ] ，、 0 【 { 2 J l 0 ． 0 1 5 4 5 9 一 0 ．4 1 2 5 T - 8 2 ． 4 3 8 5 ， Te[ 8 ， 9 ] ，、l 2 6 ．6 C u - 1 ．6 - 2 ．9 7 6 C c - 1 ．6 2 ．3 8 4 ， U e [ 1 ．6 ， 1 ．6 7 5 ]， 、 { 【 3 【 1 ． 3 3 v - 2 ． 2 - 0 ． 9 9 U - 2 ． 1 2 5 1 ． 4 7 3 Ue[ 2 ． 1 2 5 ， 2 ．2 ] 由式 2 和式 3 可得， 导通角 0 。 0 - -- 0 U 0 C T 一 1 ．7 8 4 C 4 在实际焊接中， 当 和 U变化时， 控制系统将采用 1 2 式中 第 7期 2 0 1 1 年 1 机械 设 计 与制 造 Ma c hi n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 1 43 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 7 0 1 4 3 0 3 串联转鼓羽毛过滤机流场研 究 邹维东王景娜王 征 北京有色金属研究总院， 北京 1 0 0 0 8 8 St u d y o n f l o w f i el d o f s e r i al d r u m f i l t e r Z OU We i d o n g ， WANG J i n g n a ， W ANG Z h e n g G e n e r a l R e s e a r c h I n s t i t u t e F o r N o n f e r r o u s Me t a l s ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 8 ， C h i n a 【 摘要】串联转鼓连续过滤机是一种新型的转鼓加压过滤机。 简单介绍这种过滤机的工作原理 和主要结构， 并应用流场分析软件 F L U E N T ， 对串联转鼓连续过滤机流场进行了数值模拟。 过滤机过滤 性能主要取决于压缩区的压力， 不同的操作参数对流场影响不同， 主要影响参数为大转鼓转速、 小转鼓 转速和入口压力。 采用正交实验设计技术计算各操作参数对流场影响大小， 分析各因素对过滤效果影 响的主次顺序 。 结合模拟方案确定了最佳操作方案， 得到该方案下的流场分布 图。 关键词 串联转鼓过滤机 ； 流场分析 ； 正交实验 【 A b s t r a c t 】 T h e s e r i a l d r u m fi lt e r is a k i n d o f fi h e r - p r e s s ， w h i c h s tr u c t u r e a n d o p e r a t i n g p r i n c ip l e is i n t r o d u c e d ， w h i c h flo w fie l d i s n u m e r i c a l l y s i mu l at e d b y a p p l y i n g s o f t w a r e 0 ／F L U E N T ． A s y o u k n o w t h e p e r f o r m a n c e o ft h e fil t e r d e p e n d s m a i n l y o n t h e p r e s s u r e i n c o m p r e s s i n g are c a Dif f e r e n t o p e r at i n g p ara me t e r s ma y p r o d u c e d if f e r e n t e f f e c t t o t h e flo w fie l d ， i n w h i c h r e v o l v i n g s p e e d 0 j b i g d r u m r e v o l v i n g s p e e d o { s ma l l d r u m a n d e n t r a n c e pr e s s u r e a l e t h e ma i n i m pa c t para me t e r s ． B y apPl y i n g o r t h o g o n al d e s i g n s t h e i mp act a v ari e t y o p e r at i n g p ara me t e r s o n t h e fie l d i s c al c u l ate d ， t h e n p r i m a r y and s e c o n d a r y s e q u e n c e s霹 t h o s e f a c t o r s f o r i m p act i n g fil t e r i n g e ffe c t are a n aly z e d T h u s o p t i m al o p e r a t i n gp l an i s d e t e r mi n e d c o m b i n i n g t h e s i mu l ati n g w e l l t h e l a y o u t o 厂 t h e flo w fie l d u n d e r t h e p l an i s o b t a i n e d ． K e y wor ds S e r i a l d r um ,fil t e r ； Fl o w fie l d； Or t h og o na l de s i g n 中图分类号 T H1 6 ， T H3 5 1 ． 3 文献标识码 A 1引言 过滤机是工业生产中不可缺少的设备之一。过滤是借助重 力场、 离心力或压差从流体中分离出固体颗粒的过程； 过滤效果 直接关系最终产品的质量。 在工业生产中， 为了降低滤饼中的水 分， 提高产品质量， 过滤过程逐步由真空过滤向加压过滤过渡， 目 女来稿日 期 2 0 1 0 0 9 1 8 的是进一步提高过滤压差， 增大过滤推动力Ⅲ 。 串联转鼓连续过滤 机是新式机型， 可用于易燃、 易爆、 有毒 、 易挥发、 易污染等物料的 过滤。 其突出特点是 不需要配备单独的压缩装置， 而是通过结构 本身使物料得到压缩， 与传统过滤机相比具有结构简单、 生产效 率高、 操作和维修方便等优点； 同时， 在压缩的过程中还可以进行 相应区间上的 0 T ， 三次样条插值关系式计算出的 0 值 ， 在焊 接回路接通前由P L C传给晶闸管触发板， 保证发热量恒定。 5结论 1 通过对焊接回路温度和电源电压的精确控制， 使得铜铝 管焊接中的发热量趋于恒定，实际生产表明电源电压在 3 8 0 V 的 1 5 ％波动以及焊接回路温度在 2 0 ～ 9 0 C 范围内， 控制系统可 使焊接发热量稳定在 5 ％以内， 保证了铜铝管焊接质量。 2 采 用发热量精确控制的铜铝管焊机可提高产品合格率， 从而提高企 业的市场竞争力， 最终为企业带来可观的经济效益。 3 铜铝管 的使用， 可以节约铜资源， 符合我国提出的“ 节能减排” 要求， 从而 推广铜铝管技术也具有一定的社会效益。 参考文献 [ 1 ] 黄宏军， 张泽伟 ， 王书生． 铜铝薄板轧制复合工艺[ J ] ．沈阳工业大学学 报 2 0 0 9 ， 3 1 5 5 3 1 - 5 3 5 ． [ 2 ] 张希川， 张海斌， 左丽娜， 等．铜铝管在制冷空调行业中的应用[ J ] ． 制冷 与空调 ， 2 0 0 8 增刊 9 2 - 1 0 5 ． [ 3 ] 韩亚苓 ， 张金， 李伟． 多孔陶瓷铜复合材料的显微组织． 沈阳工业大学 学报 ， 2 0 0 9 ， 3 1 6 6 3 9 6 4 3 ． [ 4 ] 韩亚苓， 段春雷 ， 古道辉． 多孔陶瓷铜复合材料的显微组织． 沈阳工业 大学学报 ， 2 0 0 9 ， 3 1 5 4 9 1 4 9 4 ． [ 5 ] 左丽娜， 张希川， 刘忠仁， 等． 冰箱及空调用铜铝管焊接技术综述[ J ] ． 焊 管 ， 2 0 0 8 3 3 9 _ 4 1 ． [ 6 ] 张希川， 张悦翎铝管焊接系统原理设计[ J ] ．沈阳工业大学学报， 2 0 0 5 5 5 0 6 5 0 9 ． [ 7 ] 张希川， 李启东， 张营， 等． 铜铝管焊接发热量的补偿控制系统[ J ] ． 沈阳 工业大学学报 ， 2 0 0 9 5 5 9 1 5 9 5 ． [ 8 ] 张希川， 李启东， 郭全英 ， 等． 可编程控制器 P L C 在铜铝管焊接中的 应用[ J ] ．沈阳工业大学学报， 2 O H 0 5 2 1 5 5 1 5 8 ． [ 9 ] 张希川， 张营， 董建军， 等．P L C与T P 0 4 G对 U N 5 0 型铜铝管焊机的控 制[ J ] ．沈阳工业大学学报， 2 o o 9 2 l 7 3 1 7 6 ． [ 1 O ] 张希川． 台达 E s ， E x ， s S 系列 P L C 应用技术[ M] ． 北京 中国电力出版 社 ． 2 0 0 9 ．