基于PLC的自动焊机设计

摘要—本文提出了一种自动焊接机用于二氧化碳气体保护焊，与机械设计的结构，以及自动的工作过程焊机分析。 采用PLC控制系统设计方法，我们给出了系统的控制电路原理图和I / O地址分配表，并进行了设计硬件和软件，绘制了系统流程图，对此进行详细说明。的人机界面（HMI）系统也被设计。 实验操作结果表明PLC控制的自动焊接机可以改善焊接质量和效率，减轻劳动强度并带来巨大的经济效益。

关键词：PLC； 自动焊接机 控制系统; 人机界面

1．引言

滚筒的焊接在煤炭开发机的制造工艺会影响开发的使用寿命直接机。滚筒直径范围从1.2m至6m，由工人手工焊接传统工艺，劳动强度大，焊接效率低下且难以保证的质量焊接。为了减轻劳动强度而提高

焊接效率和质量，我们设计了一种新的基于PLC的自动焊机[4]。

2. 机械设计

图一显示的是内置自动焊接机型号三维软件及其模型。弯曲光束的角度为45°，步进电机1驱动梯形螺钉，这有助于实现整个弯曲光束在垂直方向上的线性运动方向准确，冲程长度为1000mm。用一个类似的方式，伸缩臂可以做精确的线性运动在45°方向上用另一个梯形螺钉驱动通过步进电机2，行程为750mm。在弯曲梁和底盘之间以及伸缩臂和弯曲杆之间存在连接滑块的轨道保持平滑且精确的线性运动。四轮和两轮是飞机制动器的通用车轮，另外两个则是常见的卡车。在开始焊接之前，可以先卸下底盘。两次直线运动和卡特尔的运动可以轻松将焊枪头对准焊接线。

定位机的旋转角度为45°，这样才能形成良好的焊接线。可以通过调整自动焊接机焊接提示。 焊接滚筒应固定在定位机的轴处且与定位机的轴重合。 在焊接过程中，工件绕45°均匀旋转轴与定位机和焊枪头，应将其位置保持在焊接的最低点线处，从而 形成均匀的焊缝。 每个焊接层之后堆叠在一起，形成均匀，牢固和高质量的焊缝。自动焊接机的工作现场如图2所示：

1. 转向节 ②底盘 ③弯曲梁 ④伸缩臂 ⑤固定装置焊枪 ⑥焊枪卧式步进电机 ⑧操作箱⑨电柜⑩垂直步进电机

图1.自动焊接机的结构

①自动焊接机②焊接总成③定位机④焊接线

图2.自动焊接机的工作场景模型

3. 控制系统

A.自动焊机的控制电路

自动焊机采用PLC控制系统由滤波器，开关电源，步进电机驱动器步进电机手持式按钮盒定位机，PLC，HMI（触摸屏）等构成。控制系统原理如图3所示。 PLC接收来自手持式按钮盒或HMI输入的信号，通过内部程序，输出信号控制步进电机驱动器和定位机运行后，同时在HMI面板中反映统的运行状况。并且系统参数可以在HMI现场调试。 [3] [5]

图3.系统原理图

B. PLC选择和I / O资源分配

焊枪可以通过控制如图1所示的两个步进电机的旋转到达焊接位置.在自动焊接的工作过程中。焊枪点火后，工件随定位机一起进行慢速均匀的圆周运动，从而形成环缝。当光电开关检查两个之间的信号的时候，定位机转弯完成一圈焊接。为确保焊接质量，每条焊缝均进行接缝5层。通过以上分析可以确定什么控制系统需要9个输入：电源关闭，一个手动/自动开关，垂直步进电机向上上下开关，水平步进电机前进，后退开关，点火开关，割炬定位机旋转，光电信号开关。最后我们选择西门子STEP7-200 CPU224 PLC，它具有14个输入，10个符合系统要求的输出，因此作为系统控制器。自动焊接的I / O地址分配机器如表1所示。[1] [2]

C.PLC控制系统编程

自动焊机控制系统有两个模式：手动和自动。在手动模式下，按下某些按钮，操作员可以控制焊接向上，向下，向前或向后旋转，点燃，然后工件顺时针旋转或反转。总焊接进度可以通过手动完成。但是在自动模式下，操作员只需一个手动操作即可记录第一个返回位置，然后系统可以自动完成后续的焊接任务。在这里，我们以自动模式为例分析控制自动焊接机的过程。首先，运营商将工件固定在定位机上并定位将定位机移至45°，然后将自动焊接机到适当的位置。相对的自动焊接机与工件如图2所示。系统通电后初始化，将自动/手动开关转到自动模式，然后按复位按钮，工件和定位机防转到起始位置。我们按下按钮可向上，向下，前后移动当第一层是焊枪时，焊头到达焊接位置焊接。按下焊接按钮后，割炬点火延迟5秒钟转移工件，焊接过程开始。当工件旋转一圈时，光电开关检测到信号，第一圈是完成后，割炬和工件停止工作。焊接通过控制按钮将割炬调节到合适的位置同时在系统记录时向上，向下，向前和向后移动到那个地点。此时，操作员可以移除焊缝涂层。焊接第二层后，按焊接按钮，焊枪自动移至高于原始位置（考虑到焊缝高度增加的累积效应），并开始自动焊接。当工件旋转一圈时

光电开关检测信号，第二层完成后，工件停止，割炬熄火并自动退回到原始记录位置，之后操作员去除涂层。 3、4、5层与第二层相同。 5层焊接后即完成焊接。自动焊接机的系统流程图如图4所示。

表1自动焊机I / O地址分配表 图4.系统流程图

D. HMI界面设计

除了通过按钮控制之外，该系统还可以通过触摸屏幕进行控制。我们选择

WEINVIEW MT6070iH2作为触摸屏。通过HMI界面的触摸屏可以监控焊接过程，并显示相应的状态。 HMI界面提供三个窗口：参数设置窗口，报警窗口，功能键窗口。在参数设置窗口中，操作员可以更改参数以改善焊接线的质量，根据焊接过程的不同情况，在警报窗口中设置警报开关。当系统运行错误时，对应动态在屏幕上弹出。在功能键窗口中，操作员可以通过触摸功能键来控制系统执行以下适当的操作（人机界面交互）界面如图5所示。

图5. HMI界面

4.结论

实验结果表明，PLC控制自动焊接机操作简单，维修方便，并且有效地改善了圆形焊缝的质量焊接效率。这台机器大大减少了劳动力强度，经济效益好。

参考资料

[1]曾彦飞； 李虎山。 组合机床的设计三维发光金属电控系统基于ＰＬＣ ［Ｊ］。 模块化机床和自动制造技术，2010,01（03）：44-46。 （用中文（表达）。

[2]西门子（中国）自动化和驱动集团。 SIMATIC S7-20可编程控制器[Z]。 北京：西门子（中国）自动化，2004年。

[3]王永华。 现代电气控制和PLC的应用技术[Z]。 北京：北京航空航天大学出版社，2008。（用中文（表达）。

[4]陆志江。 PLC在自动直线焊机中的应用焊工[J]。 职业，2010,02（01）：159。

[5]葛晓忠，马军。小型三维设计基于Kingview6.5和PLC的存储[J]。 机械制造与自动化，2009,06（02）：143-145。 （用中文（表达）。656630

控制工程与高级信息科学

铜管铝自动控制系统管对接电阻焊机

张月雅，韩利亚，孙泰立，李启东，张西传

摘要：铜管和铝管焊接接头在焊接领域的冷藏领域中的应用已成为一种新的趋势。在分析铜铝管焊接工艺的基础上，开发了一套PLC自动控制系统来准确地控制电阻焊接机。 执行机构由气动组件组成并由PLC自动控制系统控制，从而完成铜铝合金管的焊接工艺。 在PLC的控制下，焊接时间参数可以根据点数大小来进行更改。并且控制系统的时间误差限制在0.01s以内。当线圈温度升至90℃或是电网电压波动超过plusmn;10％时，控制系统就会提醒操作员，焊接过程无法启动。起到保护作用。

copy;2011由Elsevier Ltd.发行。[CEIS 2011]负责选择和/或同行评审。

关键词：铜管； 铝管； 对接电阻焊； 可编程逻辑控制器

1.简介

市场经济中的竞争导致所有制造商必须要削减生产成本。在几年前里的制冷行业中，整个管道都是用铜管生产的，但现在有些的制造商尝试在现在的制冷管道中使用铝管代替更贵的铜管 [1-3]。但是，很难完全使用铝管生产，这是因为冷压缩机由钢生产而来，铝和钢的焊接比铜和铝的焊接更加困难。为了避免焊接困难，只留了下一小部分铜管将铝管和钢管连接到制冷管道中。

尽管铜铝合金接头通常位于制冷产品的内部，但客户是无法直接看到他们的，当他们对待将要出售的产品的其他细节时，大多数制造商都将注意力转移到先进技术，以及铜铝管（CAP）焊接设备上。

近年来在市场上有几种用于铝-铝管道焊接的方法，例如电容储能焊接，摩擦焊接，快速焊接，爆炸焊接等[3-6]。这些方法以不同形式应用于工业。但是，在某些情况下它们的应用也具有局限性[3-4]。比如说在冷凝器储能焊接中，需要大功率的电容，这可能造成高成本生产或接近于高成本生产。并且在摩擦焊接，夹紧和旋转中限制了管道的长度和形状。在闪光焊中，焊件的成形效果在预期范围内必须进行返工。最后，在爆炸焊接中，必须在炸药中放置炸药。焊接前的钢管，这也限制了钢管的长度和形状。

可编程逻辑控制器（PLC）出现在制造和自动化行业以后。它们能够满足新控制系统的灵活性。运行成本迅速下降且功能不断增强，它们在中小型机器中的应用变得更加广泛。执行机构运动和焊接时间参数的控制精度高。

本文的目的是提供一种新型的铜铝管焊机。主要目的是要以优良的品质实现铜和铝管的焊接。它的本文命名为PLC控制的铜铝管对接电阻焊机，简称CAP焊接机。通过比较并且发现，新型铜铝管对接电阻焊机的生产成本更低

虽然本身的成本高，但性能好，在生产铜铝管接头时几乎没有限制。

2. CAP焊机的结构

2.1。铜铝管焊接工艺

在设计CAP焊机的结构之前，我们必须了解CAP焊接的过程。铝和我们在实验中使用的铜管和铜铝管接头如图1所示。这种关节的形式具有许多卓越之处，例如，组合表面宽，易于成型，成本低等。CAP焊接过程可分为六个步骤，如图2所示。

图一

a.铝管 b.铜管 c.铜铝合金管

六个步骤是：

（a）位置：必须限制管道的所有六个方向的自由度。其中之一受到限制定位臂。其他的五个受夹具限制。

（b）夹紧：一对夹紧夹具如图4所示。将有两对夹紧用于将铜管和铝管夹在焊机中的固定装置。

（c）进给：夹紧后，将铜管向铝管进给。铜管接触时用铝管打开焊接变压器的初级线圈电路。

（d）焊接：焊接变压器的第二个线圈的电路中会流过非常大的电流，并且管道。 铜管和铝管被强电流产生的热量同时加热。 停止喂食时，将铜管的锥体完全用铝管包住，然后关掉焊接回路。

（e）松动：在铜铝接头温度下降到一定程度后，放松。

（f）返回：执行机制将回到原来的位置并为准备下一次焊接

1. 定位（b）夹紧（c）进给（d）焊接（e）固定（f）管接头

图2.铜铝管焊接工艺

2.2．执行机制

执行机构由气动组件组成，如图3所示。 根据在2.1中的讨论，执行机制的每个组件都将按照给定的顺序工作。 所有的操作由PLC控制。 将铜管和铝管放在夹具上时，手动使拖曳管的末端与定位件接触，踩下脚踏开关启用指令后，将开始CAP焊接过程。

图3铜铝管对焊机执行系统

首先，打开电磁阀PQ1，然后夹紧箱开始工作，然后将管道夹紧。同时定位箱开始工作，定位件离开焊接区。其次，电磁阀PQ2打开，而PQ1继续工作。和进料箱一起共同起作用，即右夹紧箱向左夹紧箱的方向进给运动。进料速度由流量调节阀调节。铜管接触时，焊接变压器开始工作，铝管焊接开始。第三，间隔环将停止进料箱并减少焊接电流，并且变压器停止工作。片刻后，铜铝管接头温度下降到一定程度，则电磁阀PQ1拒绝了。拖曳夹紧缸和定位箱向上移动。之后，电磁阀将PQ2调低，然后收费滚筒返回。此时，下一次焊接准备就绪。

2.3．自我保护装置

所有机器在工作时都具有自我保护的能力。同理CAP在工作时也会受某些设备保护，如下所示：

（1.焊工工作时，焊接变压器的温度会越来越高。如2.2中所述使用冷却水。在焊工开始工作之前，冷却管可以知道冷却管中是否有流动的水。

（2）尽管有冷却水，但焊接变压器不可避免地会被加热。一个温度计传感器可以检测了解到变压器的温度是否太高而无法继续工作。

（3）CAP焊机的执行机构由一些气动部件组成。因此，空气成为动力来驱动气缸。空气压力必须在气缸的范围内可以正常工作。使用气动传感器来了解空气压力是否满足要求，是否需要驱动油缸。

（4）焊接电流强度直接影响铜铝接头的焊接质量。安培仪表用于测量焊接电流的强度。如果焊接电流过大以至于焊接变压器可能会损坏，焊接电路会被关闭。

（5）尽管上面有自保护装置，但在焊接中可能会发生一些紧急情况。因此，控制系统中有一个手动紧急制动器

3.自动控制系统

3.1。 PLC控制系统总体设计

CAP焊接的简化过程是启动–夹紧–时间延迟（t0）–进给–接触时间

延迟（t1）-焊接-保持（t2）-松动-时间延迟（t3）-返回。因为空气的长度

焊管是不同的，所以只有时间延迟才能使焊接过程保持给定顺序。并保存

输入点，使t0等于t3。根据投入和产出以及成本的观点，制造了FPI1-C14 PLC

在NAIS中，被选作为核心成分。 c14具有8个输入，6个输出和一个模拟输入。

3.2． PLC程序设计

CAP焊接机的控制程序分为三部分。分别是用于自我保护

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