基于PLC 的自动式固定点焊机控制系统设计

陈万勋，石高登，蒋小辉，冯 俊

（1.中国电建集团贵州工程有限公司，贵州 贵阳 550003；2.三峡大学科技学院 机电系，湖北 宜昌 443002； 3.宜昌山城水都冬虫夏草有限公司，湖北 宜都 443300）

0 引 言

固定点焊机由于结构简单、重量轻、尺寸小等优点，在机械制造的工业生产中应用广泛。常用的焊机分为两种结构：一种为X 枪，一种为C 枪[1]。它的工艺参数主要由焊接电流、焊接通电时间和加压力3 个因素决定，因此一般通过调节其通电时间、焊点的接触压力及焊接电流来实现焊接的工艺要求。此外，它产生的二次回路中的感抗对电流的影响小，可使负载均衡，提高了电极头的使用寿命。固定焊机被广泛应用于钢筋板件、铝件、不锈钢以及螺母等的焊接。

1 点焊机原理及结构

目前，我国采用的微机控制的次级整流的点焊机采用接触类电阻焊方式，基本原理为焊件在压力的作用下，内部通过焊接电流产生电阻热，通过它的高温焊接工件。点焊机工作时两个电极的加压工件会使两层金属在两个电极的压力下形成一定的接触电阻，而焊接电流两级间接触电阻点形成瞬间的热熔接。点焊机由机械装置、电源系统和控制系统3 部分组成[2]。点焊机的加压装置大多采用双行程的快速气压传动方式，采用切换行程控制的手柄改变焊枪的开口度。电源系统由变压器、可控的硅单元、开关以及回路组成。控制系统用来控制焊枪的行程及动作。

2 点焊机控制系统设计

如图1 所示，电焊机控制系统以西门子S7-1200系列PLC 为核心，集成步进电机和驱动器控制工作台的自动旋转焊枪的水平运动，以普通电机和驱动器控制焊枪的升降来达到电焊机的自动运行，通过触摸屏将工件的型号和尺寸参数下载到PLC 实现人机交互。

图1 固定点焊机自动控制系统图

系统中，驱动器A 控制步进电机实现焊枪在工作面内径向移动，驱动器B 控制工作台转动，普通电机实现焊枪上下移动。传感器A 采集工作台转动角度，传感器B 采集焊枪径向位移。

3 点焊机控制流程设计

整个点焊机控制的工作流程[3]：先通过触摸屏设置参数（竖直间隔、步距角、圈数等），使得程序自动启动，电机给电，驱动伸叉电机使焊枪下降进行焊点，接着焊枪上升，驱动旋转步进电机使工作台旋转，焊枪接着进行升降焊点，焊完一圈后焊枪上升；驱动进退步进电机使工作台前进或者后退，焊枪接着升降进行焊点，工作台旋转，直到焊点工作完成，如图2 所示。

图2 固定点焊机控制流程图

4 触摸屏画面设计

触摸屏画面设计采用西门子WINCC 控制组态软件，主要功能是触摸屏借助通信协议与现场控制设备进行数据交换。固定点焊机自动控制系统触摸屏画面包括操作记录、位置给定、位置监控、报警记录、手动调试、信号监控、登录系统和退出系统8 个画面[4]， 如图3 所示。

操作记录画面记录每一次操作信息，报警记录画面记录每一次报警信息，以便分析系统故障；位置监控画面监视电机和焊枪的工作的位置；位置给定画面用以设置焊点间距、圈数以及步距角等参数；信号监控画面显示自动式固定点焊机系统工作状态；登录系统和退出系统画面用以操作员的权限管理。

图3 固定点焊机触摸屏画面

5 结 论

本文基于西门子S7-1200 系列PLC 设计一套自动式固定点焊机控制系统，包括工作台、步进电机、焊枪、PLC、触摸屏等选型及系统集成，然后进行系统组态、I/O 表分配、控制流程设计及编写、WINCC 监控画面设计等。整个系统工作参数通过触摸画面与PLC 实现人机交互，通过PLC 控制整个电焊机工作台，自动完成高精度焊接。