基于PLC和触摸屏的焊接控制系统的设计.pdf

动控制系统与装置 皇 皇 竺 兰 兰兰 Au toma t ic Co n t r o I S y s t e ms＆ Ec l u ip me 基于 P L C和触摸屏 的焊接控制系统的设计 石东，张勇，成天驹 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院， 安徽合肥2 3 0 0 0 9 摘要设计了一套由P L C 、 伺服电机、 伺服驱动器、 变频器、 触摸屏等组成的可调速和定位的焊接控制系统。通过伺服系统来完成电 机的精确定位， 焊枪高度通过升降机构进行调节， 焊接的长度和速度可以通过触摸屏设定。实践表明， 控制系统操作方便， 焊 接效率和质量较高， 实现了焊接过程的自动化。 关键词 P L C； 伺服驱动器； 变频器； 触摸屏 [ 中图分类号]T P 2 7 2 [ 文献标志码]B[ 文章编号]1 0 0 0 3 8 8 6 2 0 1 2 0 6 0 0 5 1 0 2 De s i g n o f t h e W e l d i n g Co n t r o l S y s t e m B a s e d o n PL C a n d To u c h Sc r e e n S H I D o n g ， Z HA N G Y o n g ， C H E N G T i a n j u S c h o o l o f P r e c i s i o n I n s t r u me n t a n dt o e l e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g ， H e f e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， H e f e i 2 3 0 0 0 9 ，C h i n a A b s t r a c t D e s i g n e d a n a d j u s t a b l e s p e e d a n d p o s i t i o n i n g w e l d i n g c o n t r o l s y s t e m b y P L C ， s e r v o m o t o r ， s e r v o d r i v e ， f r e q u e n c y c o n v e r t e r a n d t o u c h s c r e e n ．T h r o u g h t h e s e r v o s y s t e m t o a c c o m p l i s h t h e p r e c i s e p o s i t i o n i n g o f t h e mo t o r 。 t h e h e i g h t o f t h e w e l d i n g t o r c h i s a d j u s t e d b y t h e l i f t e r ，t h e l e n g t h a n d s p e e d o f we l d i n g i s s e t b y t h e t o u c h s c r e e n ． P r a c t i c e s h o w s t h a t t h e c o n t r o l s y s t e m i s e a s y t o o p e r a t e ，t h e we l d i n g e f f i c i en c y a n d qu a l i t y i s hi g h e r a nd r e a l i z e d t h e a u t o ma t i o n o f we l di n g pr o c e s s ． Ke y wo r d s P L C；s e r v e d r i v e； e q u e n c y c o n v e rt e r ；t o u c h s c r e e n t J 引 置 随着生产对自动化程度的要求不断提高， 自动焊接机的应用 越来越广泛。要得到质量较好的焊缝 ， 焊接速度的精确调整是至 关重要的。可编程控制器 P L C 功能强大、 容易使用、 可靠性高， 常常被用来作为现场数据的采集和工业设备的控制。伺服 电机 系统融合了电机、 计算机、 电力电子、 自动控制、 精密机械等多种 高新技术， 是现代工业 自动化不可或缺的重要技术⋯。触摸屏具 有简单易学、 操作方便 、 图形显示比较直观、 工艺参数输入方便等 特点， 已成为生产 自动化的重要基础设备 。槽钢焊接控制系统 的设计通过 P L C、 伺服电机和触摸屏的结合 ， 使焊接参数输入简 单方便 ， 提高了生产效率和质量。 1系统结构原理 系统硬件结构如图 1 所示， 变频器控制辊道电机， 辊道机构 把槽钢平稳地输送到焊接区域； 液压和气压系统进行夹紧、 限位、 顶起动作， 电磁阀控制液缸气缸的运动方向； 焊枪升降机构 由直 流电机调节焊枪高度； 焊枪移动机构主要由伺服电机控制焊接的 速度和距离。焊接开始时， 送丝机构和焊接电源 自动接通。整个 控制过程由控制柜和触摸屏完成。 2 控制原理 2 ． 1 伺服控制原理 伺服控制 系统 由主要 由台达 D V P 3 2 E H型号 P L C 、 A S D A1 0 2 1 一A B伺服 驱 动器、 E C MAC 3 1 0 1 0伺 服 电机、 D O P B 0 7 S 5 1 5触摸屏等组成， 各输入输出口端子分配如图2所示。其 中输出继电器 k l ～k l 0分别对应辊道正转、 辊道反转、 焊枪触发、 焊接结束、 槽钢限位 、 焊枪提升、 焊枪下降、 槽钢顶起、 槽钢夹紧、 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 2 1 图 1 系统结构简 图 槽钢放松。 D V P 3 2 E H系列 P L C高速输 出口 Y 0输出脉冲频率可高达 2 0 0 k H z 。P L C将设定的长度和速度经数据处理转换成对应的脉 冲数 ， 通过 Y 0输 出指定频率及数量 的脉冲串至伺服驱动器 的 P U L S E引脚 ， Y 1 连接方向控制引脚 S I G N。频率控制电机速度 ， 脉冲数量控制电机运动距离。伺服电机同轴带有增量式光电编 码器 ， 指标为 2 5 0 0脉冲／ r ， 并经过驱动器四倍分频， 伺服电机转 一 圈将产生 1 0 0 0 0个脉冲， 每毫米脉冲数为 n ， 其中 z 为 电机旋转一圈行走的距离。驱动器的主要连接端子有C N 1 L ／ O连接端口， 连接上位控制器 ， 通过相应的参数可以设置成“ 伺服 启动” 、 “ 伺服停止” 、 “ 正转禁止” 、 “ 反转禁止” 等信号， 由 P L C输 出端控制 ； C N 2 编码器连接座 ； C N 3 通讯口连接座 。编码器 E le c t r ic a l A u t o ma t io n 5 1 电气自动化 2 0 1 2年第3 4 卷 第6 期 自动控制系统与装置一 Au t o ma t ic Co n t r o J S y s t e ms＆ E q u i p me n ts 忙兰一L 辊道电机使用三相异步交流电机， 利 用 V F DM变频器进行驱动， 根据需要可 以进行速度调节和加减速设置， 使辊道平 稳运行。变频器接线图如图 3 。M 0 、 M1 、 M3 、 M 4分别为正转、 反转、 多段速指令 1 、 多段速指令 2 。其中两段速度分别在控制 面板中参数 P 1 7和 P 1 8中设置， 速度频率 范围为 0 4 0 0 H z 。 图 3 辊道电机控 制原理 3 控 制流程 系统有手动和自动两种工作方式， 手 动过程为 按下槽钢 限位按钮， 限位气缸 顶起 ； 按下滚道正转按钮， 槽钢输送到焊 接区域 ； 按下油缸夹 紧按钮， 将槽钢夹紧 定位 ； 通过焊枪高度调节按钮调节焊枪高 度； 在触摸屏上设定好焊接速度、 焊接长 度等参数； 按下焊接开始按钮， 伺服启动， 5 2 E le c t r ic a l Au t o ma t io n 运行监视常 开接点 X 1 口 y U． K 1 2 7 3 D 3 0 o D B 0 5 焊接距离输入 焊接停止按钮 X 1 c l s D 3 0 5 D 1 3 3 6 嘣 O 焊接需要脉冲数 焊接停止按钮 ⅥDv删6 D3 1 O 焊接需要脉冲数 K 2 1 D B D 3 1 5 回原点原点位置有光电开关 X 5 l忆5 焊接速度输入 吣／D 3 1 5 D 3 3 O 焊接脉冲频率 回原点按钮 M 1 3 焊接行走辅助继电器 0 0 M 2 5 Y 2 原点辅助继 传到位辅助继 惦 4 Y 0 原点光电开关 点输 出辅焊接行走辅硼 ＆ 停止 伺服反向禁止 助继 电器助继电器 焊接结束辅助继电 器 焊接开始 口输 出脉冲 M 4 o Y 2 棚3 广叫／ 卜 ， 1 焊车 行走 辅伺服 停止 回 原点输出 助继电器 I 辅助继电器 M 2 5 I M 1 0 2 9 Y 1 6 Y t 7 回原点输出 辅助继电器 ∞1 0 D B 3 0 焊接需要 焊接速度 脉冲输出口 脉冲数 脉冲频率 焊接行走辅 脉冲执行完； 蛔服正向禁出司 服反向禁止 助继电器 图 6 部分程序 图 焊接行走辅助 继电器 下转第 6 8页 电 气自 动 化 2 0 1 2 年 第3 4 卷第6 期 测量与检测技术 Me a s u reme n t＆ De t e c t in q T e c h n ic s 1 7 M Hz a 探针3 对探针1 兽 妇 fl MH z b 探针6 对探针4 图7 绝缘子泄漏电磁波电场信号增益 6结 束 语 主 豢 镒 要 慧 频 电 磁 波 关 系 的 仿 G I S盆式绝缘子对局放超高频电磁波的衰减作用具有以下 特点 1 绝缘子对在 G I S 腔体内传播的超高频电磁波电场强度 衰减较小， 对通过绝缘子泄漏到 G I S腔体外的超高频电磁波电场 强度衰减较大； 2 在 G I S 腔体内， 绝缘子对超高频电磁波的衰减集中在 1 0 0 0 M Hz 以上频段 3 从绝缘子处泄漏到 G I S腔体外的电磁波信号， 其衰减集 中在 1 5 0 0 MH z以下和 3 0 o o MH z 以上频率。 参考文献 [ 1]S A K A K I B A R A T ，M U R A S E H，H A G E N O M O R I E ，e t a 1 ．S t u d y o f P r o p a g a t i o n Ph e n o me n a o f Pa i M Di s c h a r g e P u l s e s i n g a s i n s u l a t e d s u b s t a t i o n [ J ] ．I E E E T r a n s o n P o w e r D e l i v e r y ，1 9 9 8 ，1 3 3 7 6 8 7 7 6 ． [ 2]刘君华 ， 王江， 钱勇， 等．G I S中电磁波传播特性的仿真研究[ J ] ． 高 电压技术 ， 2 0 0 7 ， 3 3 8 1 3 91 4 2 ． 上接第 5 2页 图 4 软件流程 图 6 结束语 设计的基于 P L C与伺服电机的焊接 自动控制， 经实际工作 验证， 系统稳定、 安全， 控制精度较高， 替代了手工操作 ， 提高了劳 动效率； 通过人机交互界面实时显示， 避免了因人为误差造成产 品合格率降低， 提高了的加工质量。可以通过相应的修改在其它 工业 自动控制中得到广泛的应用。 6 8 E le c t r ic a I A u t o ma t io n f 4 I HO S H I N O T ，K A T O K．HA Y A K A WA N．e t a 1 ．A N o v e l T e c h n i q u e F o r De t e c t i n g E l e c t r o ma g n e t i c Wa v e Ca u s e d b y P a r t i a l Di s c h a r g e i n GI S I J 1 ．I E E E T r a n s o n P o w e r D e l i v e r y ， 2 0 0 1 ． 1 6 4 5 4 55 5 1 ． I 5 l ME I J E R S，S MI T J J ． u H F D e f e c t E v a l u a t i o n i n G a s I n s u l a t e d E q u i p m e n t 1 J 1 ．I E E E T r a n s o n D i e l e c t r i C S a n d E l e c t ri c a l I n s u l a t i o n ， 2 0 0 5 ．1 2 2 2 8 52 9 6 ． 1 6 l H0 S H I N O T ，K 0 Y0 MA H．MA R U YA MA S ，e t a 1 ．C o m p a r i s o n o f S e n s i t i v i t y B e twe e n UHF Me t h o d a n d I EC 6 0 2 7 0 f o r On s i t e Ca l i b r a t i o n i nV a r i o u sG I S I J ] ．I E E E T r a n s o n P o w e r D e l i v e ry， 2 0 0 6， 2 1 4 1 9 4 8 1 9 5 3． [ 7]肖燕， 郁惟镛． G I S中局部放电在线监测研究的现状与展望[ J ] ． 高 电压技术 ， 2 0 0 5 ， 3 1 1 4 7 4 9 ． [ 8 ]李信， 李成榕丁立健， 等． 基于超高频信号检测 G I S 局放模式识别 [ J ] ．高电压技术， 2 0 0 3 ， 2 9 1 1 2 6 3 0 ． [ 9]唐炬， 朱伟， 孙才新， 等． G I S 局部放电的超高频检测[ J ] ．高电压技 术 ， 2 0 0 3 ， 2 9 1 2 2 22 3 ， 5 5 ． 1 1 O l T A F L 0 V E A，U MA R S HA N K A R K R ．R e v i e w o f F D T D N u m e ri c a l Mo d e l i n g o f E l e c t r o ma g n e t i c W a v e S e t e nn g a n d Ra d a r C r o s s S e c t i o n 【 J【 ．P r o c ．I E E E， 1 9 8 9， 7 7 5 5 8 2 6 9 9 ． 【 作者简介】王江 1 9 8 3一 ， 男， 重庆市人， 硕士， 主要从事电力设备在线 监 测与故 障诊断研究。 网 I ．．．．．．．．．．．．．．__ J 筋板焊接长度 mml 小 m m ／m in l圈 l 返回工作画面l 广 ] 图5 触摸屏 画面 参考文献 [ i ]陶可瑞， 朱连庆． P L C控制伺服电机应用设计[ J ] ．中国高新技术企 业 ， 2 0 o 9 ， 1 6 1 3 l 31 4 ． [ 2 ]滕立 国 ， 梁 荣新 ． 基 于 P L C的 自动定 位 系统 [ J ] ．现代 电 子技 术 ， 2 0 0 7 ， 3 1 1 6 6 36 4 ． [ 3 ]顾晓春， 王侃夫． 基于 P L C控制的高精度交流伺服定剪系统[ J ] ．上 海电机学院学报， 2 0 0 8 ， 2 2 2 1 1 8 1 2 0 ， 1 2 4 ． 【 作者简介】石东 1 9 8 9一 ， 男， 安徽阜阳人， 在读研究生， 研究方向为在 线检测技 术及仪 器智能化。 ∞ 葙 辩 围 园 围 圈 圈