浅析四工位点焊机电气控制系统设计

周金城+邵帅辉

摘 要：点焊机作为一种重要的工业用具，在当今工业生产中占着举足轻重的位置。点焊是一种重要的焊接工艺，具有生产效率高、成本低、节省材料和易于实现自动化等特点。如今，传统的点焊机控制方式已经不能满足系统的需求，本文对四工位点焊机电气控制系统进行设计。为了保证四工位点焊机高效节能又能安全可靠的运作，可采用可编程控制器PLC来实现对四工位点焊机系统的控制，来完成四工位点焊机在高地项目柔性自动化生产流水线的物料装配的控制。

关键词：点焊机；PLC控制；控制系统；自动化

一、文献综述

随着科技的发展，为了减少劳动力再生产线上的机械劳动，寻找创新的道路开发利用，节约不必要的人力支出和人员劳动，开发了自动化生产流水线。自动化生产线是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线，然而这些自动化的操作大量的节约了成本。

在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从点焊机问世以来，相应的各种难题迎刃而解。点焊机可在不用人力的情况下焊接物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。本设计是为了实现点焊机的手动和自动化的转化，改变以往点焊机的单纯手动送料，减少了劳动力，提高了生产效率，实现了自动化生产！而且四工位点焊机的设计是由于工作环境恶劣，不允许人员长时间在旁边工作的情况下孕育而成的。不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

柔性生产线是把多台可以调整的机床（多为专用机床）联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。按照输送系列产品大体可以分为：皮带流水线、板链线、倍数链线、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。流水线输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。在当今世界自动化生产流水线相对比较普遍，当然还有少部分落后国家还在运用人力的流水线生产物料。运用柔性自动化的生产流水线是我国目前乃至全世界的发展目标也是现在普遍的工业生产技术。点焊机一般由控制器来控制时间、电流等参数，运用点焊机并开发出更多工位的点焊机在今后的工业生产中。

二、研究内容

1.四工位点焊机的基本工作原理。点焊机系采用双面双点过流焊接的原理，工作时两个电极加压工件使两层金属在两电极的压力下形成一定的接触电阻，而焊接电流从一电极流经另一电极时在两接触电阻点形成瞬间的热熔接，且焊接电流瞬间从另一电极沿两工件流至此电极形成回路，不伤及被焊工件的内部结构。

四工位点焊机的四个工作台不动，由一个点焊机控制。由两个步进电机控制X轴Y轴的运行。

2.系统方案。此次研究的课题是来源于电气工程及其自动化专业高地建设项目中柔性自动化生产流水线的物料装配，所设计的是四工位点焊机电气控制系统。利用PLC来控制，用步进电机来驱动点焊机，来实现点焊机的运行。

由于这次方案中涉及到不同方向的运动轨迹，需要通过设置脉宽来控制步进电动机的运行速度，可以把运行速度定位单位速度，通过控制步进电机运行时间来控制电机在X轴Y轴的位移。

3.点焊机PLC控制系统的结构框图。点焊机的工作原理十分简单，采用S7—200对步进电机进行控制，从而达到点焊机多点运动焊接的目的。通过S7—200PLC对步进电机的正反转的控制，可使点焊机的焊接触头运动到不同的工位。驱动步进电机使运动方向沿。X轴Y轴的方向来进行工作的。点焊机的控制系统中由PLC、传感器、步进电机、驱动器、电磁阀、点焊枪等元器件组成。

点焊机启动—停止按钮负责整个系统的停止和启动。传感器主要负责检测点焊机的位置。对于主要的输出设备有以下几方面：主要是点焊枪PLC控制点焊枪的位置及开关状态。对于点焊枪的位置控制由两台步进电机来控制。由于步进电机需驱动器。故PLC得输出信号是直接输入到驱动器。对于点焊枪的开关状态需要电磁阀来间接控制，所以PLC的另一部分输出信号需要传送给电磁阀。使电磁阀通电，来促使点焊枪工作。

4.硬件系统设计。四工位点焊机控制系统的输入信号由各种开关、按钮、传感器、位置信号等组成，实时反映点焊机的当前工作状态。输出信号主要由各种电磁气阀、步进电机、驱动器及各种状态指示灯等组成。根据控制要求列出输入输出信号。下面简单介绍各元器件在点焊机中的作用。

三、工作特色及其难点，拟采取的解决措施

1.工作特色及其难点。在此次的课题设计中，利用西门子s7 200系列的plc驱动步进电机的方法实现对点焊机的控制。点焊机的工作原理是运用X轴Y轴的运行方向来实现。而目前我所遇到的难点在于如何实现plc对于步进电机的驱动。而又如何利用两台步进电机来控制机械臂X轴Y轴的运行。

如何利用可编程控制器PLC来实现对四工位点焊机系统的控制，保证四工位点焊机高效节能又能安全可靠的运作，来完成四工位点焊机在高地项目柔性自动化生产流水线的物料装配的控制。

2.拟采取的解决措施。看一些相关书籍，查找有关的资料，对照前人的成果和自己的计算，思考和分析其中的规律。并且归纳和总结，使得自己更好的掌握和理解相应的知识。预期成果：通过查阅文献和资料，了解多工位加工系统的工作流程，通过设计四工位点焊机的控制系统，达到预期的要求能够正常运行，可进行模拟调试。可使点焊机在各个工位都能够在所要求的时间内正常的运行工作。

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