等离子熔覆截齿设备的控制系统设计

杨继明

（重庆机电智能制造有限公司，重庆 401121）

采煤机、掘进机是煤矿主要采掘设备，截齿是采煤机、掘进机的重要部件，截齿由硬质合金刀头、齿头和齿柄三部分组成，研究表明，截齿的主要失效形式有：磨损、崩刃及碎裂、合金断裂，硬质合金头破损、脱落占截齿失效的35%～45%，实施刀头的钎焊工艺使刀头附近金属软化，丧失对硬质合金刀头的保护，导致刀头过早脱落、失效，截齿与岩石界面的摩擦，造成截齿局部的瞬间快速温升，造成截齿顶部材质软化，大大加速截齿的磨损速率，而截齿的磨损很大程度决定了采煤工作效率。

1 等离子熔覆截齿设备组成

等离子熔覆截齿设备由机械部分、焊接部分、电气控制部分组成。机械部分主要由龙门架、圆形卡盘、焊枪升降装置、焊枪左右移动装置、送粉装置组成。截齿放置于圆形卡盘中，实现截齿旋转运动。焊枪升降装置、焊枪左右移动装置和龙门架连为一体，实现焊枪升降移动、左右摆动。焊接部分由等离子电源、等离子焊枪和焊接辅助件组成，等离子电源利用山东奥太WSM-200和WSM-500氩弧焊机组装而成，等离子焊枪采用成都泰尚科技有限公司TX-3焊枪。电气控制部分由PLC、人机界面、AC伺服电机及驱动器组成，人机界面用于实现设定参数和显示状态，AC伺服电机及驱动器用于实现焊枪左右移动、焊枪上下移动、截齿旋转运动。

2 控制系统的硬件设计

由于在等离子熔覆截齿过程中参数调节很多，时序的控制尤其较为复杂，因此，选用台达DVP-40EH00T3型PLC作为控制核心，选用台达DOP-B07SS411触摸屏作为人机界面，选用台达ASD-B2-0421-B型驱动器和台达ECMA-C20604RS伺服电机作为左右伺服控制、上下伺服控制和旋转伺服控制，选用山东奥太WSM-200和WSM-500氩弧焊机作为改装成型的等离子焊机，自身具有送气、高频和电流参数的控制功能。

3 控制系统软件设计

控制系统软件设计包括PLC程序和人机界面程序。PLC程序选用台达编程软件WPLSoft2.46编制，人机界面选用台达编程软件DOPSoft2.00.07编制，编制出的人机界面程序可以被DOP-B07SS411触摸屏识别，并可以完整上载和下载人机界面程序。PLC控制单元作为系统核心，负责所有数据的运算处理，并向外围设备发出命令和接受由外围设备返回的信号。

等离子熔覆截齿设备控制系统的人机界面采用台达DOP-B07SS411触摸屏，DOPSoft2.00.07编程软件需完成的控制功能包括：在PC上用DOPSoft2.00.07软件完成人机界面程序的编程，可实现仿真模拟；通过USB数据线，完成PC和DOPSoft2.00.07之间上载和下载HMI程序；DOPSoft2.00.07编程软件可以实现在人机界面上向PLC设定参数值，并可在人机界面上实现参数监控显示，操作方便，可视化强，便于动态控制和调整。

4 联机调试

42CrMo钢属于Cr-Mo系，是截齿材料中最为典型的钢种，选用42CrMo钢截齿作为原基材，合金粉末粒径为200目，焊枪高度25mm，小电源电流75A，大电源电流220A，在人机界面上设置熔覆参数。

图1 实验结果

在熔覆参数下得到图1实验结果，经测试，截齿耐磨层平均洛氏硬度为56HRC，制备成的截齿耐磨层和硬质合金刀头精度达到要求。

5 结语

本研究设计了一种以台达DVP-40EH00T3型PLC为控制核心，并结合台达DOP-B07SS411触摸屏的等离子熔覆截齿设备控制系统。该系统实现了对焊枪运动机构、截齿旋转装置、送粉装置、改装成型的等离子电源装置各种参数的有效时序控制。实现工艺参数设置和参数监控显示，便于动态控制和调整。实验结果表明，利用该控制系统等离子熔覆的截齿耐磨层平均洛氏硬度为56HRC，达到要求，证明了该等离子熔覆截齿设备控制系统设计合理、可靠。