基于PLC的双工位自动焊接设备控制系统设计研究

廖广益

摘要：基于PLC控制程序，该文针对双工位自动式焊接设备的控制系统设计策略，从整体设置、系统控制规划、PLC控制程序设置这三个方面展开探究分析，以期能够为开展双工位自动焊接设备控制系统的设计工作，提供参考性建议。

关键词：双工位;自动焊接设备;控制系统

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）20-0153-02

本文针对双工位自动焊接设备控制系统展开研究分析，从中总结设计经验与方法。在设计该系统的过程中，通过采取科学合理的设计方式，能够提高自动焊接设备的生产效率，提高焊接生产的安全性，确保焊接质量。因而针对自动焊接机控制系统的设计策略进行探究分析，有着极大的必要性与现实意义。

1 整体设置

根据该公司需求所设计制造的自动焊接机设备，其硬件主要由以下部分组成，分别是：焊接操作机、焊臂、焊枪、控制箱、供丝机、焊机、控制面板以及双工位变位机。相关工作人员通过中央控制器进行管理，软件系统能够实现对上述硬件的统一式管控，确保管和法兰之间的全自动焊接效果。

通常情况下，双工位自动式焊接机主要具备以下两种功能，一种是全自动有效定位焊枪;另一种是利用双变位机，自动有效定位需要焊接的多个法兰管之间的连续式焊接。该设备主要采取连续焊接方法，通过双变位机来轮流定位工件。在工作模式方面主要包括三种，分别是自动焊接、手动焊接以及单循环焊接方式。

根据自动焊接设备的功能要求，其控制系统功能在于运用PLC软件技术，来对各步进电机、伺服电机等实施启停、位置管控等操作，人机界面则用来进行指令发送、监测硬件状态[1]。

2 系统控制规划

2.1 硬件类型、系统功用设置

按照该自动焊接设备控制系统的结构情况、可靠性规定，再针对现阶段的PLC类型进行比较，相关技术操作人员需要使用合适的PLC型号，要保证该PLC型号当中拥有RS-232与RS-485两种类型的通讯口;并搭配相关人机界面，以及定位模块、模拟混合输入输出模块、输入点拓展模块共同进行操作运行。

按照该自动式焊接机的功能需要，在移动定位焊枪的过程中，应当借助X、Y、Z三轴传动系统来共同实施准确控制。第一步焊臂需要采取伸缩结构，通过运用交流伺服电机闭环操控的形式来确保控制精度，以此提升焊接操作的通用性与速度。其次，在微调焊枪角度时应当保证精确程度，同样需要通过伺服电机进行闭环处理;在此当中双变位机需要在X轴上进行左右移动，通过变位机翻转来控制好焊接角度。接下来，在开展焊枪定位作业期间，应当针对焊接操作设备与焊臂，分别开展上下90cm、前后60cm的运动试验;在此期间并不需要保持太高的精度，因此只需要使用两个步进电机进行开环控制即可[2]。

2.2 整体操控设计

通过研究分析该自动式焊接机控制系统可知，其组成部分主要包括以下四种，分别是PLC软件、触摸屏、伺服系统以及步进电机控制系统，据此确保整个系统实现常规运转。在此当中触摸屏可作为系统内的显示单元、输入单元，可以有效显示出当下和以往的故障预警信息。而PIC则是该系统中的控制中心，其运行原理主要是通过触摸屏部分来获取工作形式、型号的选择等指示，接下来依靠运算分析把指令传送到各个控制单元内。除了四大主要部分与功能模块之外，为了确保焊接工作常规稳定运转，还要注重保证外围设备和相关部件可以同时运行，比如其中的继电器装置、蜂鸣器设备、三色指示灯、电源开关和位移传感器。

在该控制系统当中DI端口主要用于输入操作机、焊臂、焊枪和变动机动作等相关数据，用于输入系统极限位置限位开关信息;而AI端口则用于输入焊机设备电位器的电压值、走丝机电位器电压值;AO端口用于管控自动调节输出、走丝机自动调剂输出信息;DO端口用于管控操作设备的前后位移距离、焊臂上下位移距离、焊臂摆动距离、变位机自转频率等数据。

除此之外，在该系统的人机信息交流方面，需要实现人机界面按照所完成的指示实施传输，并根据設备的具体运行情况实施监控。在此当中要注重运用与之相应合适的PLC型号以及RS-232通讯口，采取串行通信方式进行连接，注重选择COM2通讯端口;将PLC和触摸屏的通讯速率全部设定为9600B，并将数据位设定为7Bit/s，停止位设定为1Bit/s。

2.3 位置管控分析运算

控制系统中的重点部分在于准确定位焊枪位置，在PU单轴定位模块当中能够有效控制伺服电机，使变位机能够在X轴方向进行左右位移。而在台达PU单轴定位模块内，最大程度上能够达到180KPPS的脉冲输送速率，其中拥有6种行程操控方式，每1个PU单轴模块能够控制1轴伺服驱动系统。除此之外，该模块能够按照操作人员输入系统的设备参数、所需动作的速度及其位置，在收到脉冲指令之后，将其传送至伺服驱动器装置内;接下来便可以依靠驱动器来继续操控电机转动，从而直达指定位置。其设备参数计算公式如下：

[Δl=ΔsPf=PB×1/nPf]

在该公式当中，△l表示每座反馈脉冲工作台的移动长度，△s表示电机转1圈时工作台的移动长度，Pf表示反馈脉冲，PB表示螺杆的螺距长度，1/n表示减速比例。

在计算出设备参数结果之后，该模块可以借助设备参数、速度参数以及距离参数，从而运算出所需脉冲指示的数量及频率。

表示其单位的方式可分为两种，在该系统当中需要将距离作为表示单位，其运算公式为：

[A=LΔs/f0=L×f0Δs=L×PfΔs×1电子齿轮比]

在该公式当中，A表示移动距离L所需的脉冲数，单位为P/s，L表示变位机左右移动的长度。

3 PLC控制程序设置