自动焊接设备中plc的运用分析论文_李卫兵

摘要：这篇文章主要阐述了自动焊接设备中PLC的运用分析，首先文章对PLC进行了简要地介绍，然后以钢管外环缝的焊接为例简述了PLC在钢管外环缝的自动焊接中的应用。由于plc技术越来越多的被广泛的应用到各行各业中，其所带来的巨大的优势正在引起一场制造业的革命。

关键词：PLC；自动焊接；电气控制；步进电机

1引言

随着现在社会的不断进步，计算机技术的不断普及。计算机越来越多的融入到各行各业中。PLC作为计算机技术在控制领域的结合产物由于其自身所具有的功能比较完善，性能安全可靠，组合较灵活以及维护比较简便等优点而被广泛的应用各种制造设备中。尤其在自动焊接设备中得到了充分地利用。现如今，高质量的PLC已经替代了由继电器而组成的记忆网络而且它还克服了由机械的继电器而引起的故障率高的缺陷。另一方面，通过合理地使用PLC设备以及程序还提高了机械系统的精确性和稳定性，相比较于传统的焊接其焊接质量更加高，效率也也是不断提高。

2 PLC简介

PLC全称可编程逻辑控制器，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

3简述PLC在钢管外环缝的自动焊接中的应用

焊接设备的组成主要有以下几部分：左、右滑台、焊枪、夹具、床身、焊接调整机构、辅助托架、卸料机构、焊接电源、液压系统以及电气控制系统。其焊接设备图如图1。电器结构如图2

发讯元件 →PLC →电器执行元件 图2

如上面的电器结构图所示：发讯元件包括按钮和限位开关等构成了PLC的输入部分，电气执行元件包括电磁阀和继电器等组成了PLC的输出部分，这两部分对电气系统的可靠性有着巨大的影响。本套设备使用的是由日本的三菱公司生产的FX2N-64M可编程控制器为核心的电气控制系统，这套系统的的原理是通过对各个控制按钮和焊接状态进行现场录入，系统就会按照预先设定的程序进行运算处理，然后通过输出设备对设备的执行元件进行控制完成规定的动作。在进行焊接的过程中假如对钢管两端同时进行的外环缝的焊接时，两头的焊头若有一方出现故障，另一端会继续焊接不会受到影响。在PLC系统中有着非常多的软件比如辅助继电器、计数器以及内部计时器等，另用这些软元件设计了一部分用来屏蔽输入软件的的误信号，从而防止由于一些人为的原因而对输入元件的误操作。具有丰富的软元件（如内部计时器、，辅助继电器等），设计了一部分冗余设计来屏蔽输入元件的误信号，防止一些人为造成的输出元件的误动作。，增强了对每个输入环节的可靠性完善了设计，保障了系统的精确性。

图3

4控制系统硬件设计

焊接设备的电气控制分为手动和自动两部分。手动控制按钮包括正转、反转、进枪（退枪）1、进枪（退枪）2、左滑台进、左滑台退、右滑台进、右滑台退、油泵启动、油泵停止、卸料、夹紧放松、循环启动、循环停止、右滑台快进和右滑台快退共16个均为点动控制按钮。这些点动控制按钮用于焊接前的调整和设备检验，在使用的过程中主令开关必须开到到“手动调整”位置。手动部分用单个按钮接通或者切断各负载之间的联系。

循环启动和停止两个按钮是用在控制自动焊接的时候。在使用时主令开关必须调整到为“自动”状态。工件安放好后，按下自动循环按钮就可以进行自动焊接，想要实现自动循环程序的中断只要按下停止按钮即可，然后将“手动/自动”转换开关旋转到“自动”状态。这时设备的循环过程的所有动作就会停止，并且立马退出此循环。其具体的过程如下所示：首先人工将工件放置在工作台上并将其夹紧，然后左、右滑台同时进给，两个焊枪也同时进给，接着就开始进行引弧焊接，焊接完成后两个焊枪退出去然后是右滑台后退接着左滑台后退，最后夹具松开将工件卸下。

5控制系统软件设计

PIC控制系统的软件的设计使用的是步进阶梯的指令方式，生产过程可以通过系统的软件中的参数进行调整，首先将状态S选作为一个控制工序，然后将输入条件以及输出控制进行顺序编程，图3为 PLC控制的SFC状态转移图。（X030：手动按钮、X016：循环启动、X022：焊枪1进给到位、X023：焊枪2 进给到位、X025：左滑台进给到位、X027：右滑台进给到位）。

6工件的旋转控制

在这台设备中，焊枪到达指定的位置后，被焊接的钢管在步进电动机的控制下进行旋转，从而实现对外焊缝的焊接。PLC设备在程序的控制下以一定的频率输出多个脉冲，经过系统分配放大后驱动步进电动机旋转，实现无级变速，步进电动机驱动涡轮蜗杆定位，大大提高了定位的精度，设备运行更加平稳。我们可以通过数据显示单元对工件的旋转角度以及旋转速度进行设定和修改。如下图4所示。在实际焊接油管的过程中，油管管壁一般都比较厚而起弧电流又是不可调的，所以油管原点部分无法焊透。在这种情况下我们就可以将步进电机设置成变速进行，在管壁厚的部分采用慢速进行，在工件旋转一定的角度后再高速运转，这样不但保障了焊接的质量又提高了焊接的效率。

7小结

PLC自从被开发以来由于其具有的使用、经济以及简单的特点已经在自动焊接领域得到了广泛的应用。它的出现取代了以往那种体积巨大、能耗较高以及可靠性较差的传动控制系统。PLC在提高设备的精确性以及可靠性，提高产品质量方面有着巨大的优势，另外它还在降低设备的维修费用以及改善施工人员的施工环境等方面显示出了极大的优越性。

参考文献：

[1]董胜利.适合 PLC控制的管道自动焊接设备运动机构设计与分析[J].南京 工程学院学报2005（4）：25

[2]周 敏.PLC 在自动焊接设备中的应用[J].机床电器 2001（3）：29.

[3]三菱型可编程控制器编程手册，1998年第2版

[4]吴世锋.PLC 在汽车车桥环缝自动焊接设备中的应用[J].科技天地2010（2）：56.

论文作者:李卫兵

论文发表刊物:《基层建设》2016年12期

论文发表时间:2016/9/27

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