1目的和任務(wù) 側(cè)墻龍......



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(zhǎng)，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)，并采用先進(jìn)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(tái)電阻焊變壓器和焊接電極及其液壓升降裝置。兩臺(tái)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(tái)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。
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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(hào)為VPA2×160。采用單面點(diǎn)焊技術(shù)。每臺(tái)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(tái)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(hào)，且易與PLC輸入/輸出接口。
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(jí)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(hào)，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(hào)。
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(cè)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(cè)水量信號(hào)，只有這些信號(hào)正常時(shí)才允許自動(dòng)焊接。
　　 故障檢測(cè)信號(hào)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。
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(tái) C200H的CPU模塊可擴(kuò)兩臺(tái)擴(kuò)展裝置，母板單元分十槽、八槽和五槽，系統(tǒng)最多可提供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P(yáng)LC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(hào)+通道內(nèi)順序號(hào)）、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(hào)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(cè)。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(cè)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(cè)，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)。
表1　輸入信號(hào)分配表
通道號(hào)輸入信號(hào)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(hào)
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(hào)、兩臺(tái)MED點(diǎn)焊控制器輸出的其運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警信號(hào)

表2　輸出信號(hào)分配表
通道號(hào)模塊型號(hào)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
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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(tái)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(hào)


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(duì)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。