通過對早期進(jìn)口的大型設(shè)備側(cè)墻龍門式雙頭全自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行電器系統(tǒng)改造，用med控制器進(jìn)行點(diǎn)焊參數(shù)循環(huán)控制，用富士g9系列變頻器對龍門架運(yùn)行系統(tǒng)的速度進(jìn)行控制，并利用可編程控制器c200h對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)踐運(yùn)行證明對提高設(shè)備使用率和運(yùn)行可靠性是一種行之有效的方法?！?br>the control of side-wall type double-edged automatic spot welding machine by plc
yu you-sheng et al
wu han communications science and technology university
abstract：the electrical system of side-wall type double-edged automatic spot welding machine, which was imported in the early years, were reconstructed. the circle control of spot welding parameters were controlled by med controller, speed of the portal jib frame system controlled by fuji g9 series transducer and the whole system controlled by programmable controller c200h. after two years' circulate, it turns out that, this way of reform is a good method to enhance the using rate and function reliability.
key words：side-wall type double-edged automatic spot welding machine；single side spot welding,；plc control
1 目的和任務(wù)
側(cè)墻龍門式雙頭自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)是80年代初從東德引進(jìn)，用于鐵路車輛冷藏車側(cè)墻板與側(cè)墻立柱的全自動(dòng)點(diǎn)焊。由于該設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間長，元器件損耗嚴(yán)重且缺少備件，故障率不斷提高，直接影響正常的生產(chǎn)過程，因此決定在維修該設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)的同時(shí)進(jìn)行電器系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)，并采用*的可編程控制器plc控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。
圖1所示為側(cè)墻板與側(cè)墻立柱連接的焊點(diǎn)分布示意圖，設(shè)備的主要功能就是實(shí)現(xiàn)全部焊點(diǎn)的連續(xù)自動(dòng)化焊接過程。圖中標(biāo)出了全部焊點(diǎn)的連續(xù)自動(dòng)化焊接的運(yùn)行步進(jìn)路線。
該設(shè)備的機(jī)械裝置采用龍門架結(jié)構(gòu)，整個(gè)龍門架可沿安裝在車間地坪上專設(shè)的鐵軌縱向運(yùn)行，當(dāng)龍門架按圖1所示方向縱向步進(jìn)運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)逐個(gè)側(cè)墻立柱的順次焊接。龍門架上安裝有可橫向運(yùn)行的小車，小車上載有兩臺電阻焊變壓器和焊接電極及其液壓升降裝置。兩臺阻焊變壓器可實(shí)現(xiàn)一次分時(shí)焊接兩個(gè)點(diǎn)，當(dāng)小車按圖1所示方向（即沿側(cè)墻立柱方向）橫向步進(jìn)運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)每個(gè)側(cè)墻立柱上所有焊點(diǎn)的順次焊接。小車由一臺1.5kw的減速制動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)運(yùn)行。
圖1 側(cè)墻板與側(cè)墻立柱連接的焊點(diǎn)分布
1—小車步進(jìn)方向 2—全自動(dòng)焊接步進(jìn)路線
2—龍門架步進(jìn)運(yùn)行方向 4—側(cè)墻立柱 5—側(cè)墻板 6—焊點(diǎn)
2 控制系統(tǒng)組成
2．1 焊接裝置
焊接控制裝置由焊接變壓器、焊接電極、主電力回路和點(diǎn)焊控制器等組成。焊接變壓器是原東德海林道夫提供的，型號為vpa2×160。采用單面點(diǎn)焊技術(shù)。每臺變壓器都安裝有兩個(gè)電極，一個(gè)焊接極，一個(gè)輔助電極（盲極），分別由液壓裝置驅(qū)動(dòng)其升降。
一臺變壓器的焊接回路原理如圖2所示，其中v1、v2為主電力開關(guān)。焊接循環(huán)和焊接規(guī)范的控制采用上海產(chǎn)的medweld.200s電阻焊控制器，它是一種采用z180微處理器控制的單相電阻焊控制器，它不僅控制性能優(yōu)良，還提供有啟動(dòng)焊接（300—01、300—02）、焊接結(jié)束（902）、故障/報(bào)警（903）等信號，且易與plc輸入/輸出接口。
圖2 焊接回路原理圖
2．2 龍門架運(yùn)行系統(tǒng)
原東德的龍門架運(yùn)行系統(tǒng)采用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，電路復(fù)雜，改造后的龍門架運(yùn)行系統(tǒng)采用富士g9系列變頻器帶動(dòng)一個(gè)四極三相異步電動(dòng)機(jī)，再通過減速器、傘齒輪到龍門架兩側(cè)的傳動(dòng)工作軸上，通過變頻器的輸出可進(jìn)行無級調(diào)速。目前調(diào)定的速度有三種：即快速（50hz）、慢速（30hz）和減速（20hz）。
圖3為龍門架運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電路原理圖。圖中frenic 5000g9s變頻器提供了易與plc輸入輸出端的接口信號，有正轉(zhuǎn)（302）、反轉(zhuǎn)（303）、速度選擇1（304）、速度選擇2（305）、變頻器故障/報(bào)警和變頻器運(yùn)行（j5）等信號。
2．3 其它輔助裝置
包括液壓控制裝置、冷卻水、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、故障檢測和保護(hù)系統(tǒng)等。液壓控制裝置由一個(gè)三位四通電磁閥、雙止回閥、壓力繼電器、減壓閥、壓力表組成，其任務(wù)是控制電極升降和調(diào)節(jié)電極壓力。
冷卻水、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)用來冷卻焊接變壓器和主電力器件v1、v2，并利用流量傳感器檢測水量信號，只有這些信號正常時(shí)才允許自動(dòng)焊接。
故障檢測信號包括變頻器故障、plc故障、焊接控制系統(tǒng)故障等，當(dāng)其中任一故障出現(xiàn)時(shí)都將引起自動(dòng)焊接程序的終止。
圖3 龍門架運(yùn)行原理圖
2．4 plc控制系統(tǒng)
根據(jù)設(shè)備原有的功能和改造后新加入的功能，該控制系統(tǒng)共有70個(gè)輸入點(diǎn)，42個(gè)輸出點(diǎn)，所以選擇日本omron（立石）公司的c200h模塊式可編程控制器，并匹配輸入、輸出模塊。一臺 c200h的cpu模塊可擴(kuò)兩臺擴(kuò)展裝置，母板單元分十槽、八槽和五槽，系統(tǒng)zui多可提供480個(gè)輸入/輸出點(diǎn)。c200h系統(tǒng)內(nèi)部有九類繼電器單元，內(nèi)部輔助繼電器單元3536個(gè)，定時(shí)/記數(shù)器512個(gè)，采用梯形圖編程，指令系統(tǒng)豐富、編程方便，還具有數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算指令。
根據(jù)要求，該plc系統(tǒng)由一個(gè)10槽母板、一個(gè)cpu模塊、5個(gè)id212輸入模塊（每塊16點(diǎn)）、2塊oc225繼電器輸出的輸出模塊（每塊16點(diǎn)）、1塊id212晶體管oc門的輸出模塊（16點(diǎn)）和1塊oc224獨(dú)接點(diǎn)（不互相共地，共8點(diǎn)）的繼電器輸出的輸出模塊所組成，各模塊在母板的分布如圖4所示。各模塊的地址與安裝在母板插槽的位置有關(guān)，它們之間可以互換。各模塊的類型、地址安排（通道號+通道內(nèi)順序號）、以及外接器件的類型和作用如表1和表2所示。
表1中所有輸入模塊的型號均為id212，其中005通道中，龍門架軌跡選擇開關(guān)根據(jù)側(cè)墻立柱的距離的不同有兩種選擇，實(shí)質(zhì)上是選擇龍門架的其中一組步進(jìn)距離的光電開關(guān)進(jìn)行位置檢測。小車軌跡選擇和焊點(diǎn)數(shù)選擇相配合，以選擇每根側(cè)墻立柱所需的焊點(diǎn)數(shù)。小車步進(jìn)距離的檢測是由兩組接近開關(guān)組成的。當(dāng)選擇上軌跡時(shí)，實(shí)際是選擇其中一組接近開關(guān)進(jìn)行位置檢測，此時(shí)可選焊點(diǎn)數(shù)為40和32；選擇下軌跡時(shí)可選焊點(diǎn)數(shù)為44、36和28點(diǎn)。
圖4 c200h模塊式plc的i/o模塊分布
表1 輸入信號分配表
通道號 輸入信號類型 作用
005
（00～15） 選擇開關(guān) 墻板選擇、龍門架運(yùn)行軌跡選擇、焊點(diǎn)數(shù)選擇、手動(dòng)選擇、小車軌跡選擇等
006
（00～15） 按鈕開關(guān) 手動(dòng)龍門架快、慢、啟停；手動(dòng)油泵、水泵、風(fēng)機(jī)啟停；手動(dòng)小車啟停；自動(dòng)啟停等
007
（00～15） 行程開關(guān)、壓力和
熱繼電器觸點(diǎn) 龍門架前后極限位置、小車左右極限位置、溫度、壓力、流量等信號
008
（00～15） 光電開關(guān)
接近開關(guān) 龍門架步進(jìn)距離、步進(jìn)軌跡的光電開關(guān)小車步進(jìn)距離、步進(jìn)軌跡的接近開關(guān)
009
（00～06） 繼電器接點(diǎn) 龍門架運(yùn)行系統(tǒng)的變頻器的輸出及其運(yùn)行狀態(tài)、故障信號、兩臺med點(diǎn)焊控制器輸出的其運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警信號
表2 輸出信號分配表
通道號 模塊型號及
輸出點(diǎn)類型 輸出器件類型 作用
000
（00～15） oc225
繼電器接點(diǎn) 指示燈、
發(fā)光二極管 龍門架、小車、油泵、水泵、風(fēng)機(jī)、水溫、變頻器、梅達(dá)控制器等系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)指示
001
（00～15） oc225
繼電器接點(diǎn) 繼電器線圈 小車左右行、風(fēng)機(jī)、油泵、水泵、電極上下運(yùn)行等中間繼電器
002
（00～11） od212
晶體管oc門 數(shù)碼管 每個(gè)工件的焊點(diǎn)數(shù)記數(shù)（共四位）
焊件數(shù)記數(shù)（共四位）<顯示屏>
003
（00～06） od224
繼電器獨(dú)接點(diǎn) 繼電器線圈 兩臺梅達(dá)控制器的焊接啟動(dòng)、變頻器速度選擇、正反轉(zhuǎn)控制信號
3 系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)該系統(tǒng)的要求，通過分析，可把側(cè)墻龍門式雙頭自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)的plc控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分為手動(dòng)、自動(dòng)和故障三種狀態(tài)。由于系統(tǒng)中相互連鎖關(guān)系較多，動(dòng)作循環(huán)過程較復(fù)雜。通過對其原理、動(dòng)作順序進(jìn)行深入剖析可將整個(gè)系統(tǒng)的plc控制軟件設(shè)計(jì)分為手動(dòng)、自動(dòng)、故障處理、顯示驅(qū)動(dòng)和綜合輸出驅(qū)動(dòng)五大模塊來解決。各模塊間的關(guān)系如圖5所示。
圖5 控制軟件的組成
手動(dòng)部分主要用于焊前調(diào)整，其主要功能包括小車左右行、龍門架前后慢行、龍門架前后快行、電極升降、水泵、風(fēng)機(jī)運(yùn)行等。
故障部分主要用于焊機(jī)某一部分出現(xiàn)故障時(shí)。首先鎖定自動(dòng)焊接程序，使焊接過程不可進(jìn)行，同時(shí)允許某些手動(dòng)功能的運(yùn)行，以便進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試和維修，使故障的排除更加方便。
顯示屏驅(qū)動(dòng)模塊是用戶的指示界面，它主要的功能是用來顯示每塊墻板的焊點(diǎn)數(shù)計(jì)數(shù)和所焊工件數(shù)計(jì)數(shù)。
綜合輸出模塊是手動(dòng)功能和自動(dòng)功能的zui終驅(qū)動(dòng)模塊，手動(dòng)功能和自動(dòng)功能的程序模塊中利用plc的內(nèi)部資源作為中間繼電器，來記憶程序運(yùn)行的各種中間狀態(tài)。綜合輸出模塊的輸出是根據(jù)這些中間繼電器的狀態(tài)在每個(gè)掃描周期內(nèi)進(jìn)行刷新。
自動(dòng)功能是整個(gè)控制軟件中zui為復(fù)雜的一部分，也是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，圖6給出了自動(dòng)功能簡化的狀態(tài)流程圖。其主要?jiǎng)幼黜樞虻奶攸c(diǎn)是在龍門架步進(jìn)運(yùn)行循環(huán)中包含小車步進(jìn)運(yùn)行的循環(huán)而實(shí)現(xiàn)逐個(gè)側(cè)墻立柱和逐個(gè)焊點(diǎn)的全自動(dòng)焊接過程。全自動(dòng)焊接的結(jié)束條件是龍門架前行到達(dá)前行的極限位置后，龍門架快回到原位停止。
圖6 全自動(dòng)焊接功能狀態(tài)流程圖
4 結(jié)束語
用c200h可編程控制器對進(jìn)口全自動(dòng)側(cè)墻雙頭龍門點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造后，并經(jīng)投入使用兩年多的實(shí)踐證明，工作可靠、性能優(yōu)良。且改造后的元器件替代容易方便，用戶反應(yīng)良好。由此證明，用可靠性高、編程容易的plc對一些早期進(jìn)口的設(shè)備的電器控制系統(tǒng)進(jìn)行改造是提高設(shè)備運(yùn)行效率和利用率的一種行之有效的方法。