钢轨气压焊参数控制

崔向明

摘要:火车运行速度的不断提高,对钢轨接头焊接质量要求也越来越高,特别是在施工现场的焊接和焊后热处理等。过去手工操作气压焊设备,凭施工人员经验和眼力判定,工步不连贯,严重影响再结晶效果,降底焊接质量。针对上述问题,在现有小型气压焊设备基础上进行改造,整套设备采用模块化设计,推凸采用保压方式,克服人为因素与环境温度对焊接质量的影响,减少操作人员及劳动强度,保证焊接质量持续稳定。

关键词:系统组成;参数设置;工作过程;应用软件;历史曲线和接口转储

1 系统基本组成

控制部分:人机介面型号选择DOP-AE80THTD。配有2个串通讯接口UART和2个USB接口,其中COM2/RS458和可编程序控制器(PLC)相连;一个USB用于接U盘,作为整个画面内容转儲。可编程序控制器是系统的核心,由含数字量的CPU单元和模拟量扩展单元组成。数字量完成各个阀门位置检测和限位及气体流量微调等功能;模拟量A/D部分对气体质量流量采样、压力采样、顶锻位移量的采样等。D/A部分对气体质量流控制阀门开度的控制,由两个独立的具有PID调节功能的闭环系统完成。系统压力传感器采用扩散硅型,三线制24V供电,输出4-20mA的标准电流信号对应压强0-60Mpa。

超高压油泵与压力焊接机部分:电动式超高压截止阀门能使油路在高低压力的条件下快速进行换向并有保持压力功能等。压机是在高压油泵作用下能产生最大70吨力,能满足钢轨在焊接时顶锻和推凸、保压等工序所需要的力。并保证在焊接全部过程中两段钢轨中心在一条直线上,满足机械强度要求。

加热部分:由气源、压力表、控制器;气体混合器;乙炔回火防止器,外燃型钢轨加热器;气体过滤器及气体快速接头;冷却水循环泵等组成。加热器按照焊接工艺标准将钢轨加热到塑性状态的温度。控制器比较复杂:由PLC部分开关量、模拟单元、人机介面、两个气体质量控制器(D07-9E)组成。具有气体通道清洗、关闭、阀控功能。

磁性标尺:由电阻式位移传感器和5.25V基准电源构成,其测量精度达百分之一毫米。顶锻量是由PLC程序自动检测并运算出钢轨位移量的相对差值,由人机介面直接显示出来。钢轨加热时轴向膨涨,显示出来的是负值,同时系统压力有所上升,人机介面实时地动态地反映焊接过程各个参数的变化。

摆火机构:由直流可调速小型电动机和可变式曲柄连杆机构及滑动小台车组成,带有点动按钮,能使加热器火孔正对准两钢轨间焊缝,并保证点火时焊缝间无积碳污染。摆火电动机转动速度由程序改变,摆火位移线速度按余弦规律变化,这样能使得钢轨受热效果达到最佳化。

2 参数设置

人机介面中的焊接参数设置画面运用了画面开启宏和画面关闭宏功能及画面周期宏功能Cycle。在校对PLC内部时钟与人机介面时钟时,要求同步,用GETSYSTEMTIME命令和资料搬移MOV命令,配合画面上“系统时间日期按钮”十分方便地将实时时间设置在PLC中,这样PLC内时钟与人机时钟和当地时区时间三者统一。系统意外断电后所设置的参数也不会丢失。

3工作过程

检查气体出口压力是否在规定的范围之内,在确认冷却系统水管畅通的条件下,按动自动控箱操作面板上“启动”按钮之后,以下各个工步将按照所设置的参数自动地执行下去;直到焊接结束包括打印报告数据转储在内一次性完成,最后自动将机械复位,并为下次焊接作好准备。

按一下“启动”按钮后,PLC中系统控制区画面编号寄存器(SNIR)将人机切换到“工作状态一览表”画面。油泵起动油压升到预顶压强,将两段待焊钢轨对严对齐,自动地开启两个气体流量控制器,点燃加热器,摆火机构开始以每分钟46次摆动。加热器本身温度上升使火孔缩小,为此在气体流量的控制中应用了PID调节程序,使其加热功率大,火焰稳定,热力场分布合理,这方面手工操作方式的气体控制箱是不能比拟的。磁性标尺的相对位置变化检测到预顶锻量达到设定值时,自动将系统压力降到待顶压力值,加热器继续加热,待加热时间到设定值后进入顶锻工步,摆火速度每分钟60次,磁性标尺检测到顶锻量等于设置的数值时,系统油压上调的同时开始推凸操作,刀架前移趋动推凸刀除掉焊瘤部分。PLC通过压力传感器判别推凸状态,如果推凸压力在增大趋势时突然变小说明推凸结束。整个焊接周期五分钟左右时间。推凸结束后推凸阀自动切换到推凸退刀位置,使其退刀到位后,高压油泵压力自动调节到0 Mpa,尔后油泵电动机停止工作。PLC中系统控制区画面编号寄存器(SNIR)将人机切换到“工作报告”画面并启动打印程序,将其打印输出。画面转储,自动控制箱面板上安装荣达微型热敏汉字打印机(RD-158-8+),PLC的RS485接口只用一根数椐线和打字机TTL电平标准的串行口联接,实现即时打印输出。

4应用软件

PLC系统配置与梯形图编程,人机介面用画面编辑Screen Editor编程(Sersion 1.05.7),两部分相互配合。

PLC程序采用模块化方式,将控制程序根据功能分为不同逻辑块即子程序,在主程序( OB1)中可以根据条件调用不同的逻辑块,其特点是主程序简单明了,调试方便,由于逻辑块是有条件的调用,所以CPU利用率高,与人机介面通讯可靠。

人机编程

a.设定模组参数:系统控制区8个字长。通迅设置:①人机站号 0 ; ②PLC预置站号2 ; ③通迅端口RS-485 ; ④停止位1Bits ;⑤波特率 9600 ; ⑥奇偶校验 Even。

b.用画面Gycle宏完成PLC内时钟与人机内时钟同步,创建一个所谓系统画面,并放置<系统时间日期>按钮,其画面开启宏和画面关闭宏指令巨集如下:

SETB (2@V490.0)//系统画面开启宏V490.0=1END

CLRB (2@V490.0)//系统画面关闭宏490.0=0 END

在系统画面上可以随时地调整人机内时钟(星期暂不用),配合PLC时钟写命令,完成时钟同步。

$100=GETSYSTEMTIME

(2@V236)=$100//年(2@V238)=$101//月

(2@V240)=$102//日(2@V242)=$104//时

(2@V244)=$105//分(2@V246)=$106//秒

END

C.历史趋势曲线:系统压力与标尺位移共用1号缓冲区,读取PLC地址2@1000;数值单位4(字);取样周期1000 ms ;取样点111 ;触发源 PLC ;记录时间日期 Yes ;氧气流量与乙炔流量共用2号缓冲区,读取PLC地址2@1008;数值单位4(字);取样周期1000 ms ;取样点111 ;触发源 PLC ;记录时间日期 Yes ;

结论:经国内文献检索,“应用触摸式液晶屏即人机介面,直接输入焊接参数,显示参数、历史趋势曲线,控制焊接,配有微型打印机,焊接完成后自动打印焊接掺数,通过人机介面USB接口数据转存,均未见过文献报道”。DOP-AE80THTD型人机介面,在野外冬季工作温度可以达零度;夏季在阳光阴影下图形和文本显示清晰。

应用自动控制钢轨气压焊接设备,一次性连续15个钢轨焊接头,进行破坏性落锤试验格率为百分之百。在实际线路上经过一年多千余次焊接施工,合格率为百分之百,用户反映良好。

参考文献

[1]台达DOPA系列人机界面应用----中直电通

[2]新荣达微型打字机使用说明书----沈阳新荣达电子公司

[3]钢轨气压焊设备培训教材---沈阳铁路科研所焊接研究室