节能型自动焊接装置的设计

林盛昌 黄西 张才鸣 黄源

摘要：该装置通过太阳能电池板对光能的吸收以及风能的利用，将获得的能量转化为电能储存在蓄电池中，从而为本套装置供电；同时，也准备了220v的交流电作为备用。本装置所实现的作用，是将体积、质量较小的锂电池通过组合来代替普通电瓶车用的笨重的蓄电池。在这一系列的操作中由PLC进行控制，供能方面以太阳能和风能为主，谷电峰用为辅，再以市电为整套设备的的供能保障，完成整个系统的供能体系。

关键词：节能；减排；自动化

1 背景及意义

随着我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式，资源支撑不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济发展难以为继。节能减排出自于我国十一五规划纲要，这是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措。是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。但改善能源消耗现状，更需要从电工装备到煤炭、石油、建筑等多个行业共同不懈的努力。此外，要保证能源效率和能源管理的不断提升、进步，人才培养也至关重要。因此，节能降耗不能只停留在纯粹的工业生产上，还要延伸至上游的人才培养，延伸到我国的高等教育中去，不断提高有关能源效率和能源管理课程的教学水平，并使之更加贴近我国的市场需求。

2 设计方案

2.1 电气控制

1）太阳能光板将太阳能转化为电能储存在蓄电池储能模块中，为整套工作系统供能。同时，防止供能不足的情况出现，当储存的电能不足时，系统将自动切换至国家电网，保证系统能正常运行。整个执行系统由三个模块组成：检测模块、排序模块、焊接模块。电池先通过检测模块排除次品，然后再根据焊接对的需要进行排序，最后进入到焊接模块进行焊接。我们通过组态王触摸屏进行监控与操作，如图1所示。

2）本设备采用的是FX2N48MR的三菱PLC为核心控制器，利用传感器模块来采集信号。通过程序来控制电磁阀、继电器、变频器等模块带动执行模块，完成操作。利用四组合一的A/D转换模块将采集来的电压模拟信号转换为数字信号显示在触摸屏上，储能用的铅蓄电池通过分压模块来降压再传送到AD转换模块上，转换后传输到PLC中，判断储能模块是否充满，电量是否快要用完能否支持设备运转。同时储能模块还将给设备供能，当PLC判断发现无法供能时自动转换为市电供能，确保整个系统不会因为电力的原因而无法工作，如图2所示。

2.2 机械部分

单个电池放置到传送带一上，传送带一作业，运送电池，13个电池为一个批次，首先经过传感器一，检测电池是否符合标准（锂电池标准值为3.7V、2000mAH）低于标准值为残次品，将正负极信号发送至转向部，然后传感器二定位残次品，将传送带一停止作业后，将残次品通过气动推杆推入次品集中地，接着传送带一继续作业，传感器三合计合格电池数量的同时检测电池正负极，并将正负极信号发送给转向部，转向部收到信号，将电池调整为正负极相互交错排列的状态进入传送带二，传送带二侧壁设置有焊枪，将此批次电池焊接在一起，循环此过程完成10个批次，即可组成一个电池组的焊接，如图3所示。

图3 機械结构图

3 工作原理及性能分析

节能型焊接装置主要由四部分组成。

1）用太阳能及风能转化成电能，然后储藏在铅蓄电池中，整个过程主要以这种形式供电；其次，在有巨大输出工作量的同时，可在谷电时对铅蓄电池进行充电，在峰电时进行使用。如果供电不足时，我们也可以借用国家电网来供电，以备不时之需，保证整套系统的正常运转。

2）通电后电动机转动带动传送带运动从而带动电池的移动，在这一部分，有三个传感器，一号传感器是检测是否有电池从左侧过来，同时测电池的电压是否合格，若电池电压合格，电池继续向前走；若电池电压不合格，则会记录这个次品电池，当二号传感器检测到时有推杆把它推出到固定集中装置中，三号传感器是要计数过来几个电池，我们把 13个电池为一组进行焊接。

3）转向器将电池根据需要调转方向然后有序的放在收集装置中形成一个有序的组合，这样会更加方便焊接工作的完成。

4）电池的收集及焊接装置，右侧有挡板，它也是靠电机带动传送带运动，电池过来运动到右边后会被挡板挡住从而紧密的排列起来，等 13个合格电池都过来后我们再用焊枪组进行焊接，这些电池都焊接完成后，拉起挡板，让电池组到电池的集装装置中。

4 触摸屏控制监控界面及显示程序

1）根据电气控制原理，首先启动按钮启动整个系统，在检测模块中测取每节电池电压，判断是否合格，废品与成品的数量都需要显示记载，以便后期计算成本与销量。然后累加传感器计数十三节电池的总电压，当电池组焊接完成后再次测量电池组电压并且显示在触摸屏上，同时还要测取储能电池的电压方便判断电池的状态以及是否能够满足设备运转需求。触摸屏操作界面如图4所示。

2）根据系统运行要求，结合触摸屏软件，电压显示的局部程序如图5所示。

5 创新点及应用

该装置选用的是3.7v的可充电锂电池，13节这样的电池串联就能达到和电瓶车蓄电池的工作要求相同的电压。电池会在传送带上向前运行，首先对电池进行检测，电池的电压会在触摸显示屏上显示，并进行判断，看是否符合要求。符合要求的电池将会进入排序模块按照统一的顺序排列好进入焊接前的准备阶段，而不符合要求的电池会在下一个检测点被剔除。接下来就是焊接前的准备了，电池需要通过方向调换器改变部分电池的排列方向，接下来就是焊接了。关于电池的焊接，我们利用低压大电流的原理结合点焊的方式进行操作。具体如下：

1）点焊与手工焊接相比，时间短，效率高。

2）点焊不使用螺栓，焊条等所以可以减轻重量，成本低。

3）使用点焊发热都集中在某个局部，被焊接材料很少发生热变形，焊接质量好。

4）劳动条件好，不放出有害气体和强光。

5）PLC编程控制，摆脱人的生理限制，不必人工干预。

6）供能主要是以太阳能风能为主，除了硬件设备外成本几乎为零。

7）整套系统将节能减排与自动化有机的结合起来，使得智能化、自动化生产成为可能。

自动焊接避免了很多人工焊接带来的弊端。焊接成的电池会实现和电瓶车蓄电池一样的功能，却避免了普通蓄电池体积大、质量大的缺点，为电动车减轻了负重，在相同的配重下，大大提升了电瓶车的工作里程，提高的电瓶车的市场竞争力。

参考文献：

[1]包建华.基于MCGS组态软件的机械手控制系统[J].兵工自动化，2007（08）.

[2]林盛昌.机床电气控制与PLC技术[M].北京：北京大学出版社，2013.08.

[3]谢浩.浅谈太阳能在建筑中的利用[J].广州环境科学，2010.

[4]林盛昌.网络组态与实践[M].西安：西安电子科技大学出版社，2014.

作者简介：林盛昌（1976），男，讲师。