PLC控制在双环缝自动焊接设备中的应用

马彦霞，王 燕，刘振亚

（1．中原工学院，郑州450007；2．郑州凯博焊割设备有限公司，郑州450000）

PLC控制在双环缝自动焊接设备中的应用

马彦霞1，王 燕1，刘振亚2

（1．中原工学院，郑州450007；2．郑州凯博焊割设备有限公司，郑州450000）

根据生产企业的技术要求，设计了一种利用PLC加伺服驱动实现的双外环缝焊接专机，介绍了该设备的硬件配置、工艺过程和软件实现过程．该设备运行效果良好，可以完全取代机器人焊接工作站，降低了成本．

PLC；焊接；控制

工程机械设备的零件要求焊接质量好、效率高，大部分采用机器人弧焊工作站焊接．尤其对于要求双外环缝同时焊接的工件，需采用2台机器人同时工作．虽然采用机器人效率高、质量好，并且可以大大降低人为因素导致的焊接质量不稳定［1－6］，但随着生产规模的扩大，采购机器人工作站的成本增加．为了降低成本，我们开发出了一台由PLC加伺服驱动的焊接专机，在实际应用中取得了良好的效果，可以完全取代机器人焊接工作站．

1 系统原理

根据双环缝焊接的工艺要求，系统由机械部分和电气部分配合控制．一般采用如图1所示的焊接方式，工件卡具和压紧装置定位在工作台上，可在交流伺服电机驱动下转动．以PLC和气保焊机为主控单元，以电磁阀驱动气缸带动2把焊枪上下动作；通过PLC程序编程，控制信号经PLC来控制焊枪上下移动，并自动启动焊机，实现自动焊接．

2 控制系统硬件设计

图1 焊接示意图

电气控制部分包括手动控制和自动控制2部分．手动控制部分用于自动焊接前工件位置、焊枪位置的调整以及设备的检验；自动控制部分分为单枪自动控制和双枪自动控制，便于工件补焊．根据控制要求，设备选用三菱PLC［7］（FX2N－32MT）、三菱 GOT1000触摸屏、日本松下伺服电机、北京斯达特步进电机、三菱特殊控制模块（10PG）、日本OTC气保焊机等，其结构框图如图2所示．触摸屏用来设定焊接参数和焊接工艺过程，伺服电机控制工件的定位及转动，步进电机控制焊枪的定位与高度补偿，三菱特殊控制模块用于扩展三菱PLC的高速脉冲输出口．

3 控制系统软件设计

该控制系统软件部分包括人机界面的开发和PLC程序编制．人机界面的结构如图3所示．

PLC程序编制采用模块化编程，包括画面处理、工艺参数的计算处理、焊接位置的计算处理、手动工艺处理、自动工艺处理以及故障处理等模块，其程序如图4所示．工人装上工件后，选择手动控制来完成焊枪、工件起弧点的定位、执行元件的检测、参数的设定以及工艺的选择，然后选择自动控制，按下启动按钮，进行自动焊接．焊接过程如下：工件夹紧→工件到起弧点→焊枪落下→工件按设定转速旋转，同时自动引弧焊接→焊接圈数自动计算、焊接速度自动调整、焊枪高度自动补偿→自动填弧坑收弧→停止焊接→焊枪上升、高度补偿归回零→夹紧松开、卸下工件．

故障处理是PLC程序中的一个重要组成部分．2把焊枪同时焊接，极有可能发生一把焊枪出现故障的情况．处理此问题采用的故障处理程序如图5所示．处理过程如下：在焊接中，如果一把焊枪出现故障，为了保证正常焊枪的焊接顺利进行，手动取消出现故障的焊枪，使之自动回缩到原位；正常焊枪焊接完成后，再次启动焊接程序，选定已经排除故障的焊枪，到上次焊枪出现故障时的焊接点后，手动停止工件，伸出焊枪，然后起弧．本系统对故障次数没有限制，在焊接过程中即使出现多次位置不固定的故障点，PLC都能记忆故障点并计算剩余的焊接长度，从而保证焊接的顺利完成．

4 结 语

该设备自动化程度高，适用于不同系列产品的自动焊接需求，并且从装夹工件、双端自动焊接到工件翻转、熄弧等一系列工序能自动实现，降低了工人的劳动强度，提高了工件焊接质量和生产效率．与机器人焊接工作站的焊接效果相比，该设备达到甚至超过了机器人焊接工作站的焊接质量，大大地降低了采购成本．

［1］刘政军，刘宇飞，郝雪枫，等．PLC控制在汽车后桥壳设备中的应用［J］．热加工工艺，2007，36（7）：17－19．

［2］张永波，岳德梅，葛均收．基于PLC控制的自动环缝焊机［J］．电焊机，2010，39（6）：54－57．

［3］杜随更，陈强，朱文超．摩擦焊接过程PLC闭环控制系统［J］．电焊机．2009，40（9）：53－56．

［4］张小云，陈关龙，张延松，等．伺服焊枪点焊PLC控制系统设计［J］．焊接学报，2006，27（7）：1－4．

［5］张文增，陈强，孙振国，等．机器人焊接几何约束工作焊枪偏角的预规划［J］．焊接学报，2004，25（1）：17－20．

［6］杨春利，林三宝，张九海，等．电弧焊基础［M］．黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，2003．

［7］陈苏波，杨俊辉，陈伟欣，等．三菱PLC快速入门与实例提高［M］．北京：人民邮电出版社，2008．

Application of PLC Control in Double－encircling Welding Equipment

MA Yan－xia1，WANG Yan1，LIU Zhen－ya2
（1．Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450007；2．Zhengzhou Caliburn Welding and Cutting Equipment CO．，LTD，Zhengzhou 450007，China）

A double－encircling welding equipment according to the technical requirements of the enterprise is designed by PLC and servo drive．And the hardware configuration，process engineering and software realization are introduced in the paper．The results show that the equipment can replace the old robot workstation and is well running，the costs are reduced，too．

PLC；welding；control

TG409；TG43

A

10．3969／j．issn．1671－6906．2011．02．019

1671－6906（2011）02－0071－03

2011－03－10

马彦霞（1974－），女，河南郑州人，讲师．