程類論文發(fā)表四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)

　　本篇文章是由《微處理機(jī)》發(fā)表的一篇微電子論文，(雙月刊)創(chuàng)刊于1979年，由中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所主辦。是一本集學(xué)術(shù)性、技術(shù)性、實(shí)用性和情報(bào)性于一體的全國(guó)性技術(shù)刊物。主要刊載國(guó)內(nèi)外最新的各種微處理器、微控制器、微機(jī)外圍電路和專用集成電路的發(fā)展動(dòng)態(tài)、設(shè)計(jì)、測(cè)試、新工藝、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，以及微機(jī)系統(tǒng)與微機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)等方面的科技論文。本刊將優(yōu)先發(fā)表各種基金資助項(xiàng)目的研究成果。

　　摘要：點(diǎn)焊機(jī)作為一種重要的工業(yè)用具，在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中占著舉足輕重的位置。點(diǎn)焊是一種重要的焊接工藝，具有生產(chǎn)效率高、成本低、節(jié)省材料和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)。如今，傳統(tǒng)的點(diǎn)焊機(jī)控制方式已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)的需求，本文對(duì)四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了保證四工位點(diǎn)焊機(jī)高效節(jié)能又能安全可靠的運(yùn)作，可采用可編程控制器PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)四工位點(diǎn)焊機(jī)系統(tǒng)的控制，來(lái)完成四工位點(diǎn)焊機(jī)在高地項(xiàng)目柔性自動(dòng)化生產(chǎn)流水線的物料裝配的控制。

　　關(guān)鍵字：點(diǎn)焊機(jī)、PLC控制 、控制系統(tǒng)、自動(dòng)化  

　　1 文獻(xiàn)綜述

　　隨著科技的發(fā)展，為了減少勞動(dòng)力再生產(chǎn)線上的機(jī)械勞動(dòng)，尋找創(chuàng)新的道路開(kāi)發(fā)利用，節(jié)約不必要的人力支出和人員勞動(dòng)，開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化生產(chǎn)流水線。自動(dòng)化生產(chǎn)線是產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程所經(jīng)過(guò)的路線，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)加工、運(yùn)送、裝配、檢驗(yàn)等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動(dòng)所構(gòu)成的路線[1]。然而這些自動(dòng)化的操作大量的節(jié)約了成本。

　　在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從點(diǎn)焊機(jī)問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解[2]。點(diǎn)焊機(jī)可在不用人力的情況下焊接物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線[3]。本設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊機(jī)的手動(dòng)和自動(dòng)化的轉(zhuǎn)化，改變以往點(diǎn)焊機(jī)的單純手動(dòng)送料，減少了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)!而且四工位點(diǎn)焊機(jī)的設(shè)計(jì)是由于工作環(huán)境惡劣，不允許人員長(zhǎng)時(shí)間在旁邊工作的情況下孕育而成的[4]。不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。

　　柔性生產(chǎn)線是把多臺(tái)可以調(diào)整的機(jī)床(多為專用機(jī)床)聯(lián)結(jié)起來(lái)，配以自動(dòng)運(yùn)送裝置組成的生產(chǎn)線。按照輸送系列產(chǎn)品大體可以分為：皮帶流水線、板鏈線、倍數(shù)鏈線、插件線、網(wǎng)帶線、懸掛線及滾筒流水線這七類流水線。一般包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。流水線輸送能力大，運(yùn)距長(zhǎng)，還可在輸送過(guò)程中同時(shí)完成若干工藝操作，所以應(yīng)用十分廣泛。在當(dāng)今世界自動(dòng)化生產(chǎn)流水線相對(duì)比較普遍，當(dāng)然還有少部分落后國(guó)家還在運(yùn)用人力的流水線生產(chǎn)物料。運(yùn)用柔性自動(dòng)化的生產(chǎn)流水線是我國(guó)目前乃至全世界的發(fā)展目標(biāo)也是現(xiàn)在普遍的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。點(diǎn)焊機(jī)一般由控制器來(lái)控制時(shí)間、電流等參數(shù)，運(yùn)用點(diǎn)焊機(jī)并開(kāi)發(fā)出更多工位的點(diǎn)焊機(jī)在今后的工業(yè)生產(chǎn)中。

　　2 選題的背景及意義

　　隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的操作方式也發(fā)生著革命性的變化，從手工作坊式的勞動(dòng)，逐漸演變成自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)方式，人類也逐漸無(wú)法完成某些生產(chǎn)過(guò)程，所以為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要出現(xiàn)了特殊的生產(chǎn)工具——點(diǎn)焊機(jī)。與此同時(shí)也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)活動(dòng)，在這些生產(chǎn)活動(dòng)中，有些是屬于高危險(xiǎn)的，對(duì)人體傷害較大，有些領(lǐng)域不適宜人類工作長(zhǎng)時(shí)間的工作，點(diǎn)焊機(jī)則正好適應(yīng)這類工作。防止了一些化學(xué)物品對(duì)人類的傷害[5]。

　　在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。

　　點(diǎn)焊機(jī)是按照給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng)、焊接的操作的自動(dòng)機(jī)械裝置[6]。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的工作并減少了很多不必要的人工勞動(dòng)。本文對(duì)多工位點(diǎn)焊機(jī)利用PLC的控制進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

　　點(diǎn)焊機(jī)的工作原理是利用正負(fù)兩極在瞬間短路時(shí)產(chǎn)生的高溫電弧來(lái)熔化電焊條上的焊料和被焊材料，來(lái)達(dá)到使它們結(jié)合的目的[7]。點(diǎn)焊機(jī)是由焊頭、點(diǎn)焊槍等組成。點(diǎn)焊槍是四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)的核心。利用電磁閥控制點(diǎn)焊槍的伸縮及溫度。

　　3 研究?jī)?nèi)容

　　3.1四工位點(diǎn)焊機(jī)的基本工作原理

　　點(diǎn)焊機(jī)系采用雙面雙點(diǎn)過(guò)流焊接的原理，工作時(shí)兩個(gè)電極加壓工件使兩層金屬在兩電極的壓力下形成一定的接觸電阻，而焊接電流從一電極流經(jīng)另一電極時(shí)在兩接觸電阻點(diǎn)形成瞬間的熱熔接，且焊接電流瞬間從另一電極沿兩工件流至此電極形成回路，不傷及被焊工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

　　四工位點(diǎn)焊機(jī)的四個(gè)工作臺(tái)不動(dòng)，由一個(gè)點(diǎn)焊機(jī)控制。由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制X軸Y軸的運(yùn)行。

　　3.2 系統(tǒng)方案

　　此次研究的課題是來(lái)源于電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)高地建設(shè)項(xiàng)目中柔性自動(dòng)化生產(chǎn)流水線的物料裝配，所設(shè)計(jì)的是四工位點(diǎn)焊機(jī)電氣控制系統(tǒng)。利用PLC來(lái)控制，用步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊機(jī)的運(yùn)行。

　　由于這次方案中涉及到不同方向的運(yùn)動(dòng)軌跡，需要通過(guò)設(shè)置脈寬來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度，可以把運(yùn)行速度定位單位速度，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間來(lái)控制電機(jī)在X軸Y軸的位移。

　　3.3點(diǎn)焊機(jī)PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

　　點(diǎn)焊機(jī)的工作原理十分簡(jiǎn)單，采用S7—200對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，從而達(dá)到點(diǎn)焊機(jī)多點(diǎn)運(yùn)動(dòng)焊接的目的。通過(guò)S7—200PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制，可使點(diǎn)焊機(jī)的焊接觸頭運(yùn)動(dòng)到不同的工位。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)使運(yùn)動(dòng)方向沿 X軸Y軸的方向來(lái)進(jìn)行工作的。點(diǎn)焊機(jī)的控制系統(tǒng)中由PLC、傳感器、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、電磁閥、點(diǎn)焊槍等元器件組成。

　　點(diǎn)焊機(jī)啟動(dòng)—停止按鈕負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的停止和啟動(dòng)。傳感器主要負(fù)責(zé)檢測(cè)點(diǎn)焊機(jī)的位置。對(duì)于主要的輸出設(shè)備有以下幾方面：主要是點(diǎn)焊槍PLC控制點(diǎn)焊槍的位置及開(kāi)關(guān)狀態(tài)。對(duì)于點(diǎn)焊槍的位置控制由兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制。由于步進(jìn)電機(jī)需驅(qū)動(dòng)器。故PLC得輸出信號(hào)是直接輸入到驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于點(diǎn)焊槍的開(kāi)關(guān)狀態(tài)需要電磁閥來(lái)間接控制，所以PLC的另一部分輸出信號(hào)需要傳送給電磁閥。使電磁閥通電，來(lái)促使點(diǎn)焊槍工作。點(diǎn)焊機(jī)信號(hào)控制系統(tǒng)框圖如圖1所示：

　　圖1 點(diǎn)焊機(jī)信號(hào)控制系統(tǒng)框圖

　　3.4點(diǎn)焊機(jī)PLC控制系統(tǒng)的工作流程

　　根據(jù)點(diǎn)焊機(jī)的控制要求，四工位點(diǎn)焊機(jī)的工作流程圖如圖2所示：

　　圖2 點(diǎn)焊機(jī)的工作流程圖

　　程序啟動(dòng)后選擇所要求的工作方式，此四工位點(diǎn)焊機(jī)的工作方式有三種，四個(gè)工位以圓周均勻分布，用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制工作。以順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行編號(hào)，每個(gè)工位點(diǎn)焊時(shí)間2、3、6秒不等。

　　第一種工作方式是點(diǎn)焊槍開(kāi)始運(yùn)行，x軸反轉(zhuǎn)y軸正轉(zhuǎn)同時(shí)運(yùn)行一個(gè)單位時(shí)間到工位一工作2秒鐘后;y軸停止不動(dòng)，x軸向右正轉(zhuǎn)運(yùn)行2個(gè)單位時(shí)間到達(dá)工位二工作6秒后;x軸停止不動(dòng)，y軸反轉(zhuǎn)2個(gè)單位時(shí)間到達(dá)工位三工作2秒鐘后;y軸停止不動(dòng)，x軸反轉(zhuǎn)2個(gè)單位時(shí)間到達(dá)工位四工作3秒后x軸y軸都是正轉(zhuǎn)1個(gè)單位時(shí)間，回到初始位置。第二、三種的工作方式與一類似。

　　3.5 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　四工位點(diǎn)焊機(jī)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)由各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器、位置信號(hào)等組成，實(shí)時(shí)反映點(diǎn)焊機(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)。輸出信號(hào)主要由各種電磁氣閥、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器及各種狀態(tài)指示燈等組成。根據(jù)控制要求列出輸入輸出信號(hào)。下面簡(jiǎn)單介紹各元器件在點(diǎn)焊機(jī)中的作用。

　　3.5.1 傳感器在點(diǎn)焊機(jī)中的作用

　　隨著機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展，傳感器行業(yè)也得到了大提速，隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的日漸普及，傳感器市場(chǎng)再次迎來(lái)快速發(fā)展機(jī)遇。在機(jī)械制造測(cè)試系統(tǒng)中，被作為一次儀表 定位，其主要特征是能準(zhǔn)確傳遞和檢測(cè)出某一形態(tài)的信息，并將其轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的信息。在于機(jī)床的運(yùn)行中，傳感器也起到重要的作用，傳感器在機(jī)械制造中是不 可或缺的物件。在機(jī)械制造中，傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)。

　　在各類傳感器中壓力傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩(wěn)定可靠、成本低、便于集成化的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于壓力、高度、加速度、液體的流量、流速、液位、 壓強(qiáng)的測(cè)量與控制。除此以外，還廣泛應(yīng)用于水利、地質(zhì)、氣象、化工、醫(yī)療衛(wèi)生等方面。由于該技術(shù)是平面工藝與立體加工相結(jié)合，又便于集成化,所以可用來(lái)制 成血壓計(jì)、風(fēng)速計(jì)、水速計(jì)、壓力表、電子稱以及自動(dòng)報(bào)警裝置等。壓力傳感器已成為各類傳感器中技術(shù)最成熟、性能最穩(wěn)定、性價(jià)比最高的一類傳感器。